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【材料工程】梁秀兵工作:高熵非晶合金耐腐蚀性能研究进展

发布时间:2020-12-19 11:43:17

                                             

                                            【材料工程】梁秀兵工作:高熵非晶合金耐腐蚀性能研究进展

                         

                                

高熵非晶合金是近年来发展起来的一种新型材料,中科院物理所汪卫华院士课题组于2011年首次提出了高熵非晶合金的概念,同时制备出具有无序结构并能在室温下表现出类似于高分子热塑性变形行为的块体高熵非晶合金Zn20Ca20Sr20Yb20(Li0.55Mg0.45)20。近10年来,国内外学者对该类材料进行了初步探究,加深了对其基本性能的理解,拓宽了高熵非晶合金作为一种功能材料的使用范围。

军事科学院国防科技创新研究院梁秀兵等重点阐述了高熵非晶合金的耐腐蚀性,旨在提出面向海洋极端环境服役的耐腐蚀性材料的成分设计理论及制备方法,以满足国家实施海洋发展战略对高性能大型装备防护材料的需求。相关研究成果于2020年12月15日在《材料工程》中网络首发。

研究人员简述了高熵非晶合金的含义与特点,介绍了高熵非晶材料的制备方法及组织与性能;归纳了该类材料的耐蚀机理与耐腐蚀性能的最新研究成果;展望了采用机器学习助力设计高熵非晶合金的新范式,并指出探究工况环境下的腐蚀失效机制、完善高熵非晶合金微观耐蚀机理与优化相关制备工艺是该材料广泛应用的前提条件。针对高熵非晶合金的开发及其耐腐蚀性开展的应用基础研究,将为我国海洋事业的“远洋化、深海化”提供先进的技术支撑和材料保障。Zheng等采用直流磁控溅射法成功制备了光滑致密且具有高硬度和耐腐蚀性特点的VAlTiCrSi高熵非晶合金薄膜。经电化学实验测得其自腐蚀电位为-0.285V,腐蚀电流密度达到4.68×10-9A/cm2,较304不锈钢低一个数量级,说明该材料适用于海水腐蚀性环境下的基体防护(图1);Yang等通过机械合金化与超高压固结成形工艺制备了一种硬度为1150HV的新型六元非等原子比Fe3Cr2Al2CuNi4Si5高熵非晶合金。该合金的自腐蚀电位为-0.19V,腐蚀电流密度为4×10-6A/cm2,结果证实Ni,Cr,Al等元素和相对均匀的微观结构有利于钝化膜的形成,从而可以提升合金的耐蚀能力(图2)。高熵非晶粉体的组织结构、形貌和热稳定性影响涂层结构与物化性能等。探究不同工艺条件对粉末物理参数及内部组织特性的影响规律,完善粉末制备的最佳工艺,为实现高效批量制备高品质粉末提供材料支持将会成为高熵非晶材料推广与应用的关键。因此,开发具有耐腐蚀性的高熵非晶材料,对解决未来前瞻性、战略性领域中大型装备材料面临的腐蚀和老化等严重失效问题,实现极端海洋环境服役条件下大型装备的长效防护具有重大而深远的意义。

该项工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目的支持。

                                                

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