近十年來(lái)，高熵合金成為金屬材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。HEAs突破了傳統(tǒng)單主元合金的設(shè)計(jì)理念，四核效應(yīng)（特別是高熵效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)）使HEAs表現(xiàn)出比傳統(tǒng)金屬材料（如不銹鋼、銅鎳合金和高鎳合金）更好的耐腐蝕性。目前，高熵合金的耐蝕性引起腐蝕研究領(lǐng)域的極大關(guān)注。
近日，北京科技大學(xué)李曉剛教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于高熵合金腐蝕機(jī)理發(fā)表頂刊綜述！綜述了高熵合金在各種水溶液中的腐蝕行為和機(jī)理，揭示了高熵合金的組成、微觀結(jié)構(gòu)和耐蝕性之間的相關(guān)性，闡述了熱處理、陽(yáng)極氧化處理和制備方法對(duì)高熵合金腐蝕行為的影響。最后，概述了高熵合金腐蝕研究的前景，對(duì)今后的研究具有重要指導(dǎo)作用。相關(guān)成果以題“Recent advances on environmental corrosion behavior and mechanism of high-entropy alloys”發(fā)表在著名材料領(lǐng)域TOP期刊Journal of Materials Science & Technology上
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https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.11.044
高熵合金獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念使這些合金在熱力學(xué)和其他特性方面表現(xiàn)出高熵效應(yīng)，如晶格畸變效應(yīng)、緩慢擴(kuò)散效應(yīng)和高相穩(wěn)定性。除了為開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異性能的新材料提供了更廣闊的組成空間外，HEAs的出現(xiàn)也提供了一種新的認(rèn)知，即固溶體相的穩(wěn)定性可以由構(gòu)型熵來(lái)控制。早期對(duì)高熵合金的研究更多地集中在強(qiáng)度和延展性之間的權(quán)衡上，然后逐漸轉(zhuǎn)向強(qiáng)度和其他性能，如抗輻射，耐腐蝕和抗氫致開(kāi)裂。由于熵的作用，HEAs傾向于形成簡(jiǎn)單無(wú)序的面心立方（FCC） ，體心立方（BCC）或密排六方（HCP）結(jié)構(gòu)的固溶體，這些結(jié)構(gòu)為耐腐蝕HEAs的設(shè)計(jì)提供了有利條件。
高熵合金耐蝕性的未來(lái)研究集中在以下幾個(gè)方面。耐腐蝕高熵合金的按需設(shè)計(jì)；高熵合金腐蝕機(jī)理的微觀深入研究；無(wú)序結(jié)構(gòu)與腐蝕性能的相關(guān)性等
圖1從組成、微觀結(jié)構(gòu)、氧化膜和工藝等方面綜述了高耐蝕合金的環(huán)境腐蝕行為和機(jī)理。
圖2 四種核心效應(yīng)與耐腐蝕性之間的潛在關(guān)系。
（1）耐腐蝕高熵合金的按需設(shè)計(jì)
抗腐蝕HEAs的設(shè)計(jì)應(yīng)該突破等摩爾比的思想，更多的關(guān)注非等摩爾比的HEAs。耐腐蝕合金的設(shè)計(jì)應(yīng)借鑒物理冶金和傳統(tǒng)耐腐蝕合金的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，如原子尺寸差、混合焓、價(jià)電子濃度、結(jié)構(gòu)和電偶序列。還需要應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)、相圖計(jì)算、高通量技術(shù)等方法，全面、高效地開(kāi)發(fā)出所需的耐腐蝕HEAs。
圖3（a） Al0.3CoCrFeNi，（b） Al0.5CoCrFeNi和（c） Al0.7CoCrFeNi的元素分布，通過(guò)能量色散X射線光譜（EDS）映射。
圖4。（a）0.5M H2SO 4溶液中的AlxCoCrFeNi （x=0，0.25，0.5，1）和3.5 wt%氯化鈉溶液中的AlxCoCrFeNi （x=0.3，0.5，0.7）的動(dòng)電位極化曲線。
圖5（a） Nyquist圖，（b） Bode圖和3.5 wt% NaCl溶液內(nèi)FeCoNiCrx （x=0，0.5，1.0）的等效電路。（在等效電路中，Rs代表溶液電阻，Zf代表電極的法拉第阻抗，Qdl是雙層電容，Rt是電荷轉(zhuǎn)移電阻，Ca和Ra分別是被動(dòng)膜的電容和阻抗，Zw代表Warburg阻抗）。
圖6（a） Cr 2p3/2，（b） Fe 2p3/2，（c） Ni 2p3/2，（d） Co 2p3/2，（e） O 1s和（f） Mo 3d在FeCoCrNi和FeCoCrNiMo0.1合金氧化膜中的XPS光譜。
圖7（1）亮場(chǎng)透射電子顯微鏡圖像，（2）枝晶內(nèi)析出物的透射電子顯微鏡圖像，（3）枝晶間區(qū)域的SAED模式，（4）含有析出物的枝晶基體的SAED模式，（5-8）通過(guò)透射電子顯微鏡-電子能譜圖確定的鋁1.2鈷鉻鎳鈦0.8合金中析出物的元素分布：（5）鋁、鎳；鋁、鉻、鐵、鎳；鉻、鐵和（氫）鈦、鐵、鈷。
圖8含銅Fe38.5Mn20Co20Cr15Si5Cu1.5合金在3.5 wt。%氯化鈉溶液：（a）鑄態(tài)和攪拌摩擦處理后的銅-HEA的動(dòng)電位極化曲線，（b）鑄態(tài)合金中富銅-錳相的二次電子圖像，（b1）銅，（b2）錳，（c）鑄態(tài)合金點(diǎn)蝕形貌的二次電子圖像（靠近富銅-錳相），（d-e）攪拌摩擦處理后合金點(diǎn)蝕形貌的二次電子圖像，（e1，e2）能譜分析腐蝕產(chǎn)物的元素分布，（f）鑄態(tài)合金中富銅-錳相的組成。
（2）高熵合金腐蝕機(jī)理的微觀深入研究
在微觀尺度上進(jìn)一步研究高熵合金的腐蝕機(jī)理也將是未來(lái)工作的一個(gè)熱點(diǎn)
圖9鈷鉻鎳HEA合金點(diǎn)蝕過(guò)程示意圖。
圖10鍛造態(tài)和平衡態(tài)AlxCoCrFeNi （x=0.3，0.5，0.7） （A1，A2和B2分別代表無(wú)序面心立方相，無(wú)序面心立方相和有序面心立方相）：（a）鍛造態(tài)Al0.3CoCrFeNi（b）平衡態(tài)Al0.3CoCrFeNi（c）鍛態(tài)Al0.5CoCrFeNi的相間；鍛造態(tài)Al0.5CoCrFeNi的無(wú)序/有序BCC相；（e）平衡態(tài)Al0.5CoCrFeNi（f）鍛造Al0.7CoCrFeNi（g）鍛造態(tài)Al0.7CoCrFeNi的中間相和（h）鍛造態(tài)Al0.7CoCrFeNi的無(wú)序/有序BCC相。
（3）無(wú)序結(jié)構(gòu)與腐蝕性能的相關(guān)性
揭示這種特殊的無(wú)序結(jié)構(gòu)對(duì)高熵合金腐蝕性能的影響是一項(xiàng)有價(jià)值的工作。有必要對(duì)高熵合金的應(yīng)力腐蝕、氫致開(kāi)裂、腐蝕疲勞等局部腐蝕性能進(jìn)行研究，為應(yīng)用提供充分的數(shù)據(jù)，上述分析還涉及到無(wú)序結(jié)構(gòu)對(duì)HEAs耐蝕性的影響。
圖11高溫合金中點(diǎn)缺陷和界面反應(yīng)示意圖。
圖12 HEAs和其他傳統(tǒng)耐蝕合金在0.5 M H2SO4溶液中的腐蝕電位（Ecorr）和腐蝕電流密度（icorr）的比較。
圖13HEAs和其他傳統(tǒng)耐腐蝕合金在3.5 wt %氯化鈉溶液時(shí)的擊穿電位（Epit）和無(wú)源電流密度（ipass）的比較。
圖14Ni59-xCrxFe20Ru13Mo6W2的偽二元相圖，用TCHEA2數(shù)據(jù)庫(kù)在熱alc中計(jì)算。FCC單相區(qū)用綠色陰影表示。虛線對(duì)應(yīng)于富鎳的HEA成分，具有21原子序數(shù)。% Cr。BCC和BCC#是兩種無(wú)序的BCC相，具有混溶性間隙。
