镁与异种金属固相焊接技术研究进展及其对高熵合金电化学行为的影响

为解决高熵合金(HEAs)在强酸环境中的腐蚀问题，研究人员通过真空熔炼和剧烈冷轧(SCR)工艺制备了[FeNi]69Cr15Mn10Nb6高熵合金，系统研究了晶粒尺寸和超细层状结构对其在0.5 M H2SO4溶液中电化学行为的影响。研究发现，90%冷轧使合金晶粒细化至纳米级(220 nm)，显微硬度提升1.53倍至420 HV，同时极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)表明其腐蚀电流密度显著降低，钝化膜稳定性增强。该研究为开发耐腐蚀高熵合金提供了新思路，对航空航天、核能等极端环境应用具有重要意义。

　　

在材料科学领域，开发兼具优异机械性能和耐腐蚀性的新型合金一直是重大挑战。高熵合金(High-Entropy Alloys, HEAs)作为近年来涌现的多主元合金，因其独特的固溶体结构和卓越的性能组合备受关注。然而，这些合金在强酸环境下的腐蚀行为，尤其是晶粒尺寸和微观结构对其电化学性能的影响机制尚不明确。与此同时，传统合金在极端环境应用中常面临腐蚀失效问题，亟需开发新型防护材料。

为回答这些问题，Majid Naseri等人在《Journal of Materials Research and Technology》发表研究，通过真空熔炼制备[FeNi]₆₉Cr₁₅Mn₁₀Nb₆高熵合金，并采用剧烈冷轧(Severe Cold Rolling, SCR)工艺实现50%和90%厚度减薄，系统考察了微观结构演变与电化学性能的关联性。研究团队运用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表征微观结构，通过显微硬度测试评估机械性能，并采用动电位极化(PDP)和电化学阻抗谱(EIS)分析在0.5 M H₂SO₄溶液中的腐蚀行为。

2.1 材料与加工

研究采用纯度>99.9%的金属原料，通过1400–1450°C真空熔炼制备合金铸锭，经900°C/10h均匀化处理后，进行室温冷轧。

2.2 微观结构表征

FE-SEM显示均匀化态合金呈现[FeNiNb]富集枝晶分布在FCC基体中的两相结构。冷轧使枝晶沿轧制方向伸长破碎，90%变形后形成超细层状结构。TEM证实50%和90%冷轧样品平均晶粒尺寸分别为335 nm和220 nm，SAED衍射环表明纳米晶形成。

2.3 显微硬度测试

冷轧显著提升硬度，90%变形后达420 HV，较均匀化态(275 HV)提高53%。

2.4 电化学测试

PDP曲线显示所有样品均呈现钝化行为，90%冷轧样品腐蚀电流密度最低(185 μA/cm²)。EIS分析表明冷轧增加了钝化膜电阻(R_pf从2054升至5699 Ω·cm²)，钝化膜厚度(d)从0.42增至0.67 nm。

3. 结果与讨论

研究揭示了三个关键发现：

1. 1.

   冷轧诱导的晶粒细化促进Cr快速扩散至表面，形成更稳定的Cr₂O₃钝化膜；

2. 2.

   超细晶结构(220 nm)和高密度位错(9.73×10¹⁵ m^-2)协同提升耐蚀性；

3. 3.

   腐蚀坑尺寸从均匀化态的15.2 μm降至90%冷轧后的4.1 μm，证实局部腐蚀抗力增强。

4. 结论

该研究首次阐明[FeNi]₆₉Cr₁₅Mn₁₀Nb₆高熵合金通过SCR工艺可实现：

1. 1.

   获得纳米晶(220 nm)和超细层状结构；

2. 2.

   显微硬度提升53%；

3. 3.

   在0.5 M H₂SO₄中腐蚀电流降低77%，钝化区扩展至1.855 V。

这项工作的科学价值在于揭示了应变诱导晶界工程对HEAs腐蚀行为的调控机制，为设计耐蚀高熵合金提供了新策略。其工业意义在于，这种通过简单冷轧即可同时提升强度和耐蚀性的方法，可广泛应用于化工、能源装备等苛刻环境。特别是研究中发现的Cr扩散增强效应，为开发新型耐酸材料指明了方向。