Aquest estudi va aconseguir la preparació controlable de precipitats L12 a partir de càlculs de diagrames de fases. Combinat amb el diagrama de potencial termodinàmic-pH de corrosió i observacions TEM de pel·lícules passives, es va investigar sistemàticament el mecanisme d'influència del contingut de la fase L12 a nanoescala en el comportament de corrosió dels aliatges d'alta-entropia. Es va aclarir que la precipitació de la fase L12 a nanoescala ajuda a enriquir els elements Cr a la matriu FCC, millorant així l'estabilitat de les pel·lícules passives i la resistència al creixement de pitting. Es va proposar una nova estratègia per augmentar significativament el potencial de perforació dels aliatges d'alta-entropia mitjançant la precipitació de fases L12 a nanoescala.
Explicació il·lustrada
El càlcul del diagrama de fases dels aliatges d'alta entropia L12-ofereix una guia precisa per a la preparació controlable d'aliatges d'alta entropia reforçats per precipitació. Com es mostra a la figura 1a, l'aliatge Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 presenta una estructura FCC + L12 simple dins d'un ampli rang de temperatures de 800-1100 graus, evitant la formació de fases B2 i Sigma. Combinant les figures 1a i 1b, la mida de la fase L12 es pot controlar amb precisió mentre es varia el seu contingut. Les figures 1c i 1d prediuen els canvis en la composició elemental dins de les fases FCC i L12 en funció de la temperatura, que pot ser un motiu important per a l'alteració de la resistència a la corrosió de l'aliatge.
Punt clau 2: Comportament a la corrosió dels aliatges d'alta-entropia reforçats en fase L12. La figura 2a-b mostra que a mesura que augmenta el contingut de la fase L12, el potencial de corrosió per picat de l'aliatge augmenta significativament, arribant fins a aproximadament 600 mV SCE. En comparació amb altres aliatges multifàsics d'alta-entropia o aliatges tradicionals, aquest aliatge presenta avantatges significatius pel que fa a la seva resistència a la corrosió uniforme i a la corrosió per picada (figura 2c).
Punt 3: l'estabilitat termodinàmica de l'òxid a la superfície de dues-fàsiques s'analitza mitjançant el diagrama de potencial-pH. Les figures 3a-b mostren respectivament l'estabilitat termodinàmica de la formació d'òxids a les superfícies de la fase FCC i la fase L12. L'òxid format a la superfície de la fase FCC és principalment Cr2O3, mentre que l'òxid format a la superfície de la fase L12 és principalment Al2O3. El Cr2O3 té una resistència més forta a la corrosió per picadura, mentre que l'Al2O3 s'adsorbeix i s'erosiona fàcilment pel Cl- a la solució que conté clorur-, tenint així una resistència més feble a la corrosió per picadura. Per tant, es pot concloure que la fase L12 és més susceptible a la corrosió en comparació amb la fase FCC.
Punt 4: L'observació TEM de la pel·lícula de passivació va confirmar la predicció termodinàmica. Les figures 4a-f van indicar que la fase L12 es va corroir preferentment durant el procés de corrosió, però la pel·lícula de passivació va créixer ràpidament al llarg de la matriu FCC inferior, formant una pel·lícula de passivació corba però contínua i uniforme. Aquest resultat era coherent amb la predicció del gràfic de potencial-pH. A més, l'estabilitat de la pel·lícula de passivació d'aliatge està relacionada principalment amb les propietats de la matriu FCC, i com més gran sigui el contingut d'elements Cr a la matriu FCC, més estable és la pel·lícula de passivació. Per tant, augmentant el contingut de la fase L12 i promovent l'enriquiment d'elements Cr a la matriu FCC (figura 1c), es pot millorar eficaçment l'estabilitat de la pel·lícula de passivació.
Punt 5: Anàlisi de l'estabilitat del creixement de la corrosió per picat Suposant que la fase L12 està completament dissolta, els "foses" sub-que queden després de la dissolució continuaran creixent o patiran una recristal·lització? La figura 5a mostra el procés electroquímic que té lloc dins de les fosses de corrosió sub-pitting. Aquí, si la picadura pot créixer de manera estable depèn de la competència entre la cinètica de dissolució i la cinètica de difusió. Per a les fosses de corrosió de la mateixa mida sub-pitting, idiff,crit hauria de romandre constant, tal com mostra la línia blava de la figura 5b, mentre que les matrius FCC amb diferents continguts de Cr provocaran canvis significatius en la cinètica de dissolució, tal com mostra la línia vermella de la figura 5b. Com més gran sigui el contingut de Cr a la matriu FCC, menor serà el pendent de la densitat de corrent en comparació amb el potencial, per la qual cosa es requereix una condició crítica més alta per al creixement estable de la corrosió per picadura, que augmenta la resistència al creixement estable de la corrosió per picadura.
Aquest treball va millorar significativament la resistència a la corrosió de l'aliatge d'alta-entropia-reforçat per precipitació mitjançant la regulació del contingut de la fase L12. Es van entendre les característiques de distribució dels elements durant la precipitació de la fase L12, es va aclarir la influència del contingut de la fase precipitada en el comportament a la corrosió de l'aliatge d'alta -entropia i es va dilucidar el mecanisme de l'impacte del contingut de la fase L12 sobre l'estabilitat de la pel·lícula de passivació i el procés de creixement de la corrosió per picadura.