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四川大學腐蝕頂刊：顯著提升耐蝕性！開發一種新型的AlCrFeMoTi高熵合金涂層

2021-06-15 15:45:05 作者：材料學網來源：材料學網分享至：

鉛鉍共晶（LBE）合金由于具有令人滿意的熱物理、化學和中子特性，被選為第四代LBE冷卻快中子增殖反應堆的潛在冷卻劑材料，然而，反應堆部件將遭受嚴重的氧化腐蝕、溶解腐蝕、侵蝕和液態金屬脆化，導致結構材料嚴重退化。在上述腐蝕現象中，溶解和氧化是研究最多的腐蝕方式。

一般來說，減輕結構材料腐蝕的主要策略之一是通過將氧濃度控制在合適的范圍內以在鋼表面形成穩定的氧化層來進行原位保護。然而，在復雜的熱傳輸系統中，很難在任何地方保持目標氧水平，隨著溫度的升高（通常高于500 ℃），氧化層將被破壞并變得不受保護。而且過厚的氧化層會脫落堵塞管道，降低管道的傳熱效率。溶解腐蝕發生在低氧濃度下，不能保證氧化層的形成，或者暴露時間過長，使氧化層脫落而失效。只要沒有達到飽和，溶解腐蝕模式是通過鎳和錳等合金元素從鋼直接轉移到液態金屬來描述的。因此，尋找合適有效的防護方法來防止或減緩結構材料的腐蝕對于發展LBE冷卻快堆至關重要。或者，通過在結構材料的表面上沉積保護涂層進行表面改性也是一種有效的方法。但開發能夠承受LBE冷卻快堆極端使用環境的新候選涂層材料仍然是一項挑戰。

近年來，HEA因其高強度和硬度、優異的耐腐蝕性、高相穩定性、無與倫比的耐輻照性、高溫抗氧化性和寬溫度范圍的應用而吸引了眾多關注。同樣，HEA涂料，像它的散裝同類產品一樣，在許多應用領域也引起了越來越多的興趣。

在此，四川大學科研人員研究采用磁控共濺射技術，在鐵素體/馬氏體鋼基體上設計并沉積了一種新型HEA涂層?？紤]到LBE冷卻快堆的使用要求，五種金屬元素（鋁、鉻、鐵、鉬和鈦）被有意選為涂層的主要元素，原因如下：（1）鋁、鉻、鐵、鉬和鈦在LBE的溶解度比鎳和錳低。鎳在LBE的溶解度比所選元素高2 ~ 4個數量級。即使高熵合金的緩慢擴散效應也不能抑制高溶解度元素在LBE的快速溶解，包括錳、鎳、鉭、鈷；（b）鋁、鉻、鈦是強氧化物形成元素，容易形成致密的氧化膜，耐蝕性好；添加原子半徑大于鐵和鉻的鉬、鋁和鈦（鋁0.143納米，鉻0.125納米，鐵0.124納米，鉬0.136納米，鈦0.145納米。）會增加原子尺寸失配，導致強烈的晶格畸變并增加應變能，這有利于納米晶或非晶結構的形成；選擇鐵和鉻是為了通過增強涂層和基體之間的冶金結合來提高涂層和基體之間的附著力。在確定化學成分后，系統地研究了靜態LBE下AlCrFeMoTi涂層的微觀結構、力學性能和耐蝕性。相關研究成果以題“A novel AlCrFeMoTi high-entropy alloy coating with a high corrosion-resistance in lead-bismuth eutectic alloy”發表在腐蝕頂刊Corrosion science上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X21002900