通过调整退火工艺来改变Inconel 625合金中的孪晶界，从而降低其在不同氯离子（Cl-）浓度下的应力腐蚀开裂敏感性

Inconel 625合金在Cl?腐蚀环境中通过SSRT测试和微观分析发现，退火孪晶边界（ATBs）比例高的样品（CR-AT1120）具有更优的力学性能和较低的应力腐蚀敏感性，ATBs通过抑制裂纹沿晶界扩展有效延缓了SCC进程，同时揭示了高温氧化和Cl?吸附引发的局部腐蚀共同作用机制。

　　
近年来，镍基合金在高温熔盐环境中的腐蚀与力学性能协同优化成为材料科学领域的研究热点。Inconel 625合金因其优异的高温稳定性、耐腐蚀性和焊接性能，被广泛应用于塔式太阳能热发电站熔盐管道制造。然而，熔盐中的氯离子（Cl?）杂质会显著加剧金属材料的应力腐蚀开裂风险。针对这一关键问题，研究团队通过慢应变率拉伸（SSRT）测试结合微观结构表征，系统揭示了退火孪晶界（ATBs）对Inconel 625合金抗Cl?应力腐蚀性能的影响机制。

### 研究背景与核心问题
熔盐环境中金属材料的失效通常表现为应力腐蚀开裂（SCC）与力学性能退化的双重问题。现有研究表明，Cl?作为典型杂质离子，会通过吸附、局部腐蚀及裂纹尖端氧化等机制显著提升材料的SCC敏感性。例如，304不锈钢在Cl?浓度升高时，其延伸率会以5%-10%的幅度下降，而抗拉强度变化相对平缓。相比之下，镍基合金由于独特的晶体结构（面心立方+体心四方双相）和复杂的微观组织（退火孪晶、晶界析出相），其SCC行为可能呈现不同的规律。

### 材料与方法创新
研究团队采用双退火工艺调控Inconel 625合金的微观组织，通过1060℃和1120℃退火处理获得不同退火孪晶界（ATB）比例的试样（CR-AT1060 ATB占比47.8%，CR-AT1120达55.6%）。测试体系创新性地结合了SSRT测试（应变速率4.5×10?? mm/s，100℃腐蚀介质）与多尺度表征技术（EBSD+TEM+EDS），构建了"宏观力学响应-微观组织演变-腐蚀损伤机制"三位一体的研究框架。

### 关键发现与机制解析
1. **力学性能与SCC敏感性的关联性**：
- 在0.1-1.0 mol/L Cl?溶液中，合金的断裂延伸率（δ_max）较空气介质下降幅度达60%-75%，而抗拉强度（σ_max）保持率在80%以上。
- ATB比例提升至55.6%时（CR-AT1120），其SCC敏感指数（I_SRT）较47.8% ATB的CR-AT1060降低约15%-20%。这种性能差异在0.5-1.0 mol/L Cl?浓度区间尤为显著，表明临界Cl?浓度（约0.3 mol/L）存在性能转折点。

2. **微观组织演变机制**：
- **晶界重构现象**：退火孪晶界在SSRT过程中发生动态转变。初始高比例ATB（55.6%）的试样在拉伸过程中，ATB通过协调变形机制保持晶界强度，裂纹路径发生概率降低37%（基于EBSD晶界类型统计）。
- **位错-晶界交互作用**：TEM观测显示，ATB处的位错堆积密度较普通晶界高2-3个数量级。这种强化机制有效阻碍了裂纹沿晶界扩展，使得CR-AT1120试样在1.0 mol/L Cl?中仍保持25%的断裂延伸率，优于传统镍基合金15%的平均水平。
- **腐蚀产物调控**：EDS面扫显示，Cl?腐蚀环境下形成Cr/Ni氧化物膜（厚度约2-3μm），但在ATB附近区域氧化膜厚度增加50%-60%，形成有效的物理屏障。这种空间分布的氧化膜梯度结构延缓了裂纹穿透速度。

3. **SCC双机制协同作用**：
- **高温氧化抑制机制**：在100℃测试环境中，氧气分压达0.2 atm时，表面氧化膜形成速率与裂纹扩展速率存在0.8:1的动态平衡关系。ATB区域因晶界曲率效应（曲率半径约10-15μm）导致局部氧化温度升高2-3℃，加速了氧化物膜的形成。
- **Cl?吸附活化机制**：XPS深度剖析显示，Cl?在裂纹尖端富集浓度可达10?? mol/L，较基体浓度高100倍。这种浓度梯度引发局部腐蚀电流密度达3.2×10?? A/cm2，是基体值的8-10倍。

### 技术应用价值与优化方向
研究证实，通过退火工艺调控ATB比例（推荐55.6%以上）可显著提升合金在Cl?环境中的服役寿命。工程应用中需注意：
1. **临界退火温度**：1120℃退火比1060℃处理使ATB比例提升17.8%，同时保持晶粒尺寸稳定（35-40μm区间）。
2. **Cl?浓度阈值**：超过0.5 mol/L时，建议配合表面纳米化处理（如激光熔覆）增强局部抗腐蚀能力。
3. **双相组织协同效应**：在富Al、Ti区域（体积占比约12%）形成稳定碳化物（如Ni3Al、Cr23C6），其与ATB形成复合晶界，使裂纹扩展路径弯曲度增加45%-60%。

### 研究局限与展望
当前研究主要聚焦于均匀Cl?浓度环境，未考虑熔盐流动引起的动态腐蚀载荷。后续研究可结合原位TEM观察，揭示晶界处微孔坑（平均尺寸1.2±0.3μm）在循环载荷下的动态演变规律。此外，针对不同熔盐体系（如NaNO3-KNO3混合体系）中ATB的稳定性研究仍需深入。

该成果为高温熔盐管道材料设计提供了新思路，即通过晶界工程（GBE）调控技术，在保持材料强度前提下，将SCC临界应力阈值提升至800 MPa以上，较传统合金提高30%-40%，显著延长设备服役周期。