硝酸钝化处理提升热等静压制备CoCrFeMnNi高熵合金的耐蚀性机制研究

本研究针对热等静压（HIP）制备的CoCrFeMnNi高熵合金（HEA）表面硫化物夹杂引发的腐蚀问题，通过硝酸钝化处理系统探究了其对合金在3.5wt% NaCl溶液中耐蚀性的影响。结果表明，钝化处理显著提升被动膜稳定性，腐蚀电流密度降至1.03×10-6 A·cm-2，电荷转移电阻增至13.20×104 Ω·cm2，XPS证实Cr2O3/Cr(OH)3比例提高，为HEA表面改性提供了新策略。

　　

高熵合金（High-entropy alloys, HEAs）作为颠覆传统合金设计理念的新材料，因其独特的“鸡尾酒效应”在极端环境应用中展现出巨大潜力。其中，CoCrFeMnNi（又称Cantor合金）因其优异的力学性能和耐蚀性成为研究热点。然而，热等静压（Hot isostatic pressing, HIP）制备过程中产生的硫化物夹杂和氧化物边界（PPBs）成为腐蚀萌生的“阿喀琉斯之踵”——这些缺陷会破坏被动膜的连续性，导致局部腐蚀加速。更棘手的是，海洋环境中的氯离子（Cl^-）会进一步加剧这一过程，严重制约HEAs在航空航天和海洋工程中的应用。

为解决这一难题，中国的研究团队创新性地将航空领域成熟的硝酸钝化技术引入HEAs表面处理。通过系统研究钝化前后合金在模拟海水（3.5wt% NaCl）中的电化学行为，结合微观表征手段，揭示了钝化处理对被动膜成分与结构的调控机制。论文发表于材料化学领域权威期刊《Materials Chemistry and Physics》。

研究采用三项核心技术：热等静压（HIP）制备致密化合金坯体、电化学工作站测量塔菲尔曲线和电化学阻抗谱（EIS）、X射线光电子能谱（XPS）分析被动膜元素价态。实验样本为商业采购的球形CoCrFeMnNi预合金粉末。

材料与方法
研究选用氧污染的商用CoCrFeMnNi粉末，经HIP烧结后观察到典型的颗粒边界氧化物（Cr₂,Mn）O₄。钝化处理采用20vol%硝酸溶液，通过控制时间-温度参数优化处理效果。

结果与讨论
SEM-EBSD联用显示钝化处理有效消除了表面硫化物（图2）。电化学测试表明，钝化后腐蚀电流密度降低一个数量级（1.03×10^-6 vs. 原始样品×10^-5 A·cm^-2），且出现756 mV的宽钝化区（图3）。XPS深度剖析发现钝化膜中Cr³⁺氧化物占比提升27%，证实硝酸处理促进保护性Cr₂O₃生成（图4）。

结论
该研究证实硝酸钝化通过双重机制提升HIP-HEAs耐蚀性：物理清除表面硫化物夹杂；化学促进高稳定性Cr₂O₃膜形成。这一发现不仅为HEAs表面工程提供新思路，更突破了传统认为“HIP材料必须依赖昂贵后处理”的技术瓶颈。特别值得注意的是，钝化处理后电荷转移电阻（R_ct）提升47.6%，这一指标可直接转化为海洋装备关键部件的服役寿命预测模型，具有重要工程应用价值。