Fe37 Ni37 Cr20 Al3 Ti3 中熵合金的序贯钝化策略及其卓越耐蚀性机制研究

为解决多相中熵合金(MEA)在腐蚀环境中长期性能退化问题，江苏高校研究人员通过微结构调控与电化学分析，揭示了Fe37 Ni37 Cr20 Al3 Ti3 MEA中FCC基体相与Al/Ti富集相的序贯钝化机制。研究发现该合金通过微电偶腐蚀诱导的多相协同钝化，形成高Cr2 O3 含量钝化膜，其耐蚀性超越316L不锈钢，为无钴低成本耐蚀材料设计提供新思路。

　　

在海洋工程、化工设备等领域，材料腐蚀每年造成巨额经济损失。传统高熵合金(HEA)虽具优异性能，但高昂的钴元素成本制约其应用。更棘手的是，合金中Al/Ti元素的添加往往形成(Al,Ni)-rich B2等析出相，这些相与基体间的微电偶效应反而加速局部腐蚀。目前关于多相中熵合金(MEA)长期腐蚀行为的研究几乎空白，特别是Al/Ti共掺杂引发的多相协同钝化机制尚不明确。

江苏高校联合研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究，创新性地采用真空感应熔炼制备无钴Fe₃₇
Ni₃₇
Cr₂₀
Al₃
Ti₃
MEA，通过1100℃固溶处理获得FCC基体相（占比约90%）与微量Ti-rich HCP相（约7%）、Al-rich单斜相（约3%）的三相结构。借助电化学工作站、FESEM（场发射扫描电镜）和XRD（X射线衍射）等技术，系统研究了该合金在3.5wt.% NaCl溶液中的长期腐蚀行为。

【Microstructure characterization】
XRD与EDS分析显示：FCC相主要含Fe/Ni/Cr（原子比约1:1:0.5），HCP相富集Ti（达12at.%），单斜相Al含量高达15at.%。这种成分偏析导致三相间存在显著电位差，为微电偶腐蚀创造条件。

【Conclusions】
研究发现三个突破性现象：首先，腐蚀初期（<24h）Al-rich相优先钝化形成Al₂
O₃
膜，随后Ti-rich相生成TiO₂
层，最终FCC相形成含Cr₂
O₃
（约65%）的致密钝化膜，这种"接力式"钝化使合金耐蚀性较316L提升40%。其次，长期浸泡（>720h）后钝化膜中O^2-
/OH^-
比值从1.8降至0.6，Cr₂
O₃
含量下降至45%，导致保护性减弱。第三，点蚀优先在Al-rich相形核，因Cl^-
对Al₂
O₃
膜的穿透能力是Cr₂
O₃
膜的3倍。

该研究首次阐明多相MEA中"牺牲阳极-梯度钝化"的协同防腐机制：Al-rich相作为"腐蚀缓冲层"率先牺牲，Ti-rich相过渡保护，最终FCC相形成长效钝化膜。这种设计策略不仅降低材料成本（省去昂贵Co元素），更通过多相序贯反应实现"自适应"防腐，为海洋装备用材开发提供新范式。研究获得国家自然科学基金（52071176）等项目的支持，相关技术已申请专利保护。