【摘 要】
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所谓高熵合金,是指以多种元素为主元,一般元素种类n≥5,且每种元素的原子百分比在5%—35%之间。由于高熵合金的一些基本特征（如高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应）,使得高熵合金受到越来越多的关注,其中高熵效应以及迟滞扩散效应赋予了高熵合金比较优异的高温性能,而对其高温腐蚀行为的研究为其在高温领域的应用提供一定的指导作用。本文采用非自耗真空电弧炉制备了 AlxTi0.5CrFeCo
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所谓高熵合金,是指以多种元素为主元,一般元素种类n≥5,且每种元素的原子百分比在5%—35%之间。由于高熵合金的一些基本特征（如高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应）,使得高熵合金受到越来越多的关注,其中高熵效应以及迟滞扩散效应赋予了高熵合金比较优异的高温性能,而对其高温腐蚀行为的研究为其在高温领域的应用提供一定的指导作用。本文采用非自耗真空电弧炉制备了 AlxTi0.5CrFeCoNi（x=0、0.5、1.0）和Al0.5Ti0.5CryFeCoNi（y=0、0.5、1.0）高熵合金。采用浸盐法研究了这些高熵合金在800℃和900℃的混合盐（75%Na2SO4+25%NaCl）中的腐蚀行为,采用不连续称量法测定了不同成分的高熵合金在800℃和900℃下的腐蚀动力学曲线,利用X射线衍射仪分析了腐蚀产物的相组成,采用扫描电子显微镜及能谱仪分析了腐蚀产物表面和截面形貌以及微区成分,并探讨了高熵合金的高温腐蚀机理以及元素的改变对高熵合金腐蚀性能的影响。获得的主要研究结果有:Al的加入明显提高了 AlxTi0.5CrFeCoNi合金的抗腐蚀性能。随着Al含量的增加,合金的抗腐蚀能力呈现出先增加后下降的趋势,Al-0.5合金的耐腐能力最强,Al-1.0次之,Al-0合金的耐腐蚀能力最差。随着温度的提高,Al-0.5合金的性能最稳定,合金的腐蚀行为不随温度的改变而改变,腐蚀后由外及内合金可分为氧化层、腐蚀影响区和未腐蚀的基体三部分,其中氧化层截面由外到内的分布顺序为:相对致密的Cr2O3→TiO2（Ti305）→A12O3层（Al-0合金无Al2O3层）以及微量尖晶石结构的氧化物,其中以Cr2O3、TiO2（Ti3O5）的氧化层最厚,且该两种氧化层是以相互混合的方式分布;腐蚀影响区的构成为少量的Fe/Cr/Ti等相应的硫化物以及孔隙和微裂纹。随着温度的提高以及腐蚀时间的延长,氧化层厚度增加,与基体的结合能力变弱,甚至出现与基体（腐蚀影响区）的剥离,腐蚀影响区也明显变宽,其上孔洞密度增加,裂纹数量增多,并且向基体内部扩展,说明合金的腐蚀程度更加严重。随着Cr含量的增加,Al0.5Ti0.5CryFeCoNi合金的抗腐蚀能力提高,并且随着腐蚀温度的提高,这种现象更加明显。900℃时,Cr-1.0合金的耐蚀性能明显最优,Cr-0.5合金次之,Cr-0最差（仅腐蚀10h）。800℃时,Cr-1.0和Cr-0.5合金的耐蚀性大致相当,均优于Cr-0合金。腐蚀后的合金也由氧化层和腐蚀影响区构成,其中由外到内氧化层截面分布顺序为:Cr2O3（Cr-0不存在）/TiO2（Ti305）/Fe3O4→Al2O3层以及微量尖晶石结构的氧化物,少量的Fe/Cr/Ti硫化物和孔洞以及微裂纹构成了腐蚀影响区。随着温度的提高以及时间的延长,合金的氧化层厚度增加,变得破碎、不均匀,出现与基体的剥离等;腐蚀影响区宽度增加,其上分布的孔洞密度增加,裂纹向基体内部扩展,合金的抗腐蚀能力降低。FeCoCrNiTi0.5Alx和FeCoNiTi0.5Al0.5Cry高熵合金的熔盐腐蚀分为两个阶段,前期为腐蚀孕育期,此期间合金主要发生氧化,生成以Cr203、TiO2（Ti3O5）、A12O3、Fe3O4等为主的氧化物,对腐蚀有着一定的阻碍作用。随着腐蚀的进行,进入腐蚀加速期,此时混合盐中Na2SO4将发生一系列的化学反应,生成S单质以及硫酸根,与基体中的元素发生硫化反应,同时NaCl也会与生成的氧化物以及内部基体元素发生一系列反应,生成疏松多孔的颗粒状Cr2O3、Al2O3和TiO2,对基体失去保护作用,为合金进一步发生内氧化—内硫化做好了铺垫,从而加速合金的腐蚀。总体来说,合金的高温腐蚀行为,以氧化-硫化为主,辅以NaCl的氯化作用。并且,与相同实验条件腐蚀后的传统合金进行比较,发现FeCoCrNiTi0.5Al0.5高熵合金的耐腐蚀性能要优于传统合金。
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