CoCrFeNi系高熵合金涂层电化学腐蚀与钝化行为研究

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近年来,高熵合金的耐蚀性能逐渐引起研究人员关注。高熵合金因其较低的腐蚀电流密度和较高的腐蚀电位,耐蚀性能优于传统的镍基合金、镍铜合金、不锈钢等材料。而在现阶段研究中,其成分设计、腐蚀行为和耐蚀机理等等方面仍缺少系统性的研究,同时其制备工艺及对应的应用仍有待开发。本文旨在通过表面工程技术制备出高耐蚀性的高熵合金涂层,研究不同腐蚀环境中涂层的成分与显微组织对电化学腐蚀和钝化行为的影响,为耐蚀高熵合金涂层的设计与制备提供新的思路。为了研究制备工艺与涂层微观组织对耐蚀性能的影响,本文采用等离子熔覆与等离子喷涂两种方法制备出(CoCrFeNi)94Ti1.5Al4.5高熵合金涂层,并对熔覆态涂层进行退火处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及其配备的能谱仪对熔覆态、熔覆退火态、喷涂态三种涂层进行微观组织观察,并通过动电位极化和电化学阻抗方法测试其耐蚀性能,分析了涂层的微观组织结构对耐蚀性能的影响,并总结出腐蚀演变规律。结果表明,三种涂层均呈FCC固溶体结构,熔覆态涂层组织均匀,熔覆退火态涂层内出现枝晶偏析,喷涂态涂层呈含有大量氧化物的层状结构;相比之下,等离子喷涂工艺制备的涂层耐蚀性较差,而退火处理在提高熔覆涂层在开路电位下耐蚀性的同时,降低了涂层表面钝化膜的稳定性。为研究合金成分与腐蚀环境对涂层钝化行为的影响,在两种不同的酸性腐蚀环境中(0.5 M H2SO4溶液、0.5 M HCl溶液)分别对熔覆态CoCrFeNi和(CoCrFeNi)94Ti1.5Al4.5高熵合金涂层进行动电位极化与电化学阻抗测试,并采用静电位极化的方法在涂层表面制备了稳定的钝化膜,采用X射线光电子能谱对面钝化膜成分进行表征,分析了钝化元素的合金化对涂层的腐蚀行为与钝化行为的影响,并使用扫面电子显微镜观察其腐蚀表面形貌。结果表明,Ti、Al两种钝化元素的微量添加,在避免产生第二相的同时,提高了涂层腐蚀表面钝化膜的保护性和稳定性,且这种现象在0.5 M H2SO4溶液中更为明显;而钝化膜的保护性与其较高的致密度相关;同时,高熵合金涂层的高耐蚀性主要依赖于其表面的钝化膜。
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