Nghiên cứu này đã đạt được sự chuẩn bị có thể kiểm soát được các kết tủa L12 dựa trên tính toán sơ đồ pha. Kết hợp với biểu đồ pH thế năng nhiệt động-của sự ăn mòn và quan sát TEM của màng thụ động, cơ chế ảnh hưởng của hàm lượng pha L12 có kích thước nano đến hành vi ăn mòn của hợp kim entropy-cao đã được nghiên cứu một cách có hệ thống. Người ta đã làm rõ rằng sự kết tủa của pha L12 có kích thước nano giúp làm giàu các nguyên tố Cr trong ma trận FCC, từ đó cải thiện tính ổn định của màng thụ động và khả năng chống lại sự phát triển rỗ. Một chiến lược mới đã được đề xuất nhằm tăng đáng kể khả năng tạo vết rỗ của hợp kim entropy-cao bằng cách kết tủa các pha L12 có kích thước nano.
Giải thích minh họa
Việc tính toán sơ đồ pha của hợp kim entropy cao L12-cung cấp hướng dẫn chính xác cho việc điều chế có thể kiểm soát được các hợp kim entropy cao được tăng cường kết tủa. Như được hiển thị trong Hình 1a, hợp kim Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 thể hiện cấu trúc FCC + L12 đơn giản trong phạm vi nhiệt độ rộng 800-1100 độ, tránh hình thành các pha B2 và Sigma. Bằng cách kết hợp Hình 1a và 1b, kích thước của pha L12 có thể được kiểm soát chính xác trong khi thay đổi hàm lượng của nó. Hình 1c và 1d dự đoán sự thay đổi thành phần nguyên tố trong các pha FCC và L12 dưới dạng hàm của nhiệt độ, đây có thể là lý do quan trọng dẫn đến sự thay đổi khả năng chống ăn mòn của hợp kim.
Điểm mấu chốt 2: Hành vi ăn mòn của hợp kim Entropy cao được gia cố pha L12-. Hình 2a-b cho thấy rằng khi hàm lượng pha L12 tăng lên thì khả năng ăn mòn rỗ của hợp kim tăng lên đáng kể, đạt tới khoảng 600 mV SCE. So với các hợp kim entropy cao nhiều pha-hoặc hợp kim truyền thống khác, hợp kim này thể hiện những ưu điểm đáng kể về khả năng chống ăn mòn đồng đều và ăn mòn rỗ (Hình 2c).
Điểm 3: Độ ổn định nhiệt động của oxit trên bề mặt hai pha-được phân tích thông qua biểu đồ pH thế{2}}. Hình 3a-b tương ứng cho thấy độ ổn định nhiệt động của sự hình thành oxit trên bề mặt của pha FCC và pha L12. Oxit hình thành trên bề mặt pha FCC chủ yếu là Cr2O3, trong khi oxit hình thành trên bề mặt pha L12 chủ yếu là Al2O3. Cr2O3 có khả năng chống ăn mòn rỗ mạnh hơn, trong khi Al2O3 dễ bị hấp phụ và ăn mòn bởi Cl- trong dung dịch chứa clorua-, do đó có khả năng chống ăn mòn rỗ yếu hơn. Do đó, có thể kết luận rằng pha L12 dễ bị ăn mòn hơn so với pha FCC.
Điểm 4: Quan sát TEM của màng thụ động đã xác nhận dự đoán nhiệt động lực học. Hình 4a-f chỉ ra rằng pha L12 bị ăn mòn nhiều nhất trong quá trình ăn mòn, nhưng màng thụ động phát triển nhanh chóng dọc theo ma trận FCC phía dưới, tạo thành màng thụ động cong nhưng liên tục và đồng nhất. Kết quả này phù hợp với dự đoán của đồ thị-độ pH tiềm năng. Hơn nữa, độ ổn định của màng thụ động hợp kim chủ yếu liên quan đến tính chất của ma trận FCC và hàm lượng nguyên tố Cr trong ma trận FCC càng cao thì màng thụ động càng ổn định. Do đó, bằng cách tăng hàm lượng pha L12 và thúc đẩy quá trình làm giàu các nguyên tố Cr trong ma trận FCC (Hình 1c), độ ổn định của màng thụ động có thể được cải thiện một cách hiệu quả.
Điểm 5: Phân tích độ ổn định tăng trưởng của ăn mòn rỗ Giả sử rằng pha L12 bị hòa tan hoàn toàn, liệu các-các "hố" ổn định phụ còn sót lại sau khi hòa tan có tiếp tục phát triển hay trải qua quá trình kết tinh lại không? Hình 5a cho thấy quá trình điện hóa xảy ra bên trong các hố ăn mòn rỗ có độ ổn định phụ. Ở đây, vết rỗ có thể phát triển ổn định hay không phụ thuộc vào sự cạnh tranh giữa động học hòa tan và động học khuếch tán. Đối với các hố ăn mòn rỗ ổn định ổn định có cùng kích thước phụ, idiff,crit phải không đổi, như được thể hiện bằng đường màu xanh lam trong Hình 5b, trong khi ma trận FCC có hàm lượng Cr khác nhau sẽ dẫn đến những thay đổi đáng kể về động học hòa tan, như được thể hiện bằng đường màu đỏ trong Hình 5b. Hàm lượng Cr trong ma trận FCC càng cao thì độ dốc của mật độ dòng điện so với điện thế càng thấp, do đó cần có điều kiện tới hạn cao hơn để sự phát triển ổn định của ăn mòn rỗ, làm tăng khả năng chống lại sự phát triển ổn định của ăn mòn rỗ.
Công việc này đã nâng cao đáng kể khả năng chống ăn mòn của hợp kim entropy cao-được tăng cường-kết tủa bằng cách điều chỉnh hàm lượng pha L12. Các đặc điểm phân bố của các nguyên tố trong quá trình kết tủa pha L12 đã được hiểu rõ, ảnh hưởng của hàm lượng pha kết tủa đến hành vi ăn mòn của hợp kim entropy cao-đã được làm rõ và cơ chế tác động của hàm lượng pha L12 đến độ ổn định của màng thụ động và quá trình phát triển của ăn mòn rỗ đã được làm rõ.