W tym badaniu uzyskano kontrolowane przygotowanie osadów L12 w oparciu o obliczenia diagramu fazowego. W połączeniu z wykresem potencjału termodynamicznego-pH korozji i obserwacjami TEM warstw pasywnych, systematycznie badano mechanizm wpływu zawartości fazy L12 w nanoskali na zachowanie korozyjne stopów o wysokiej-entropii. Wyjaśniono, że wytrącanie fazy L12 w nanoskali pomaga wzbogacić pierwiastki Cr w matrycy FCC, poprawiając w ten sposób stabilność folii pasywnych i odporność na wzrost wżerów. Zaproponowano nową strategię mającą na celu znaczne zwiększenie potencjału wżerów stopów o wysokiej-entropii poprzez wytrącanie faz L12 w skali nano.
Ilustrowane wyjaśnienie
Obliczenia diagramu fazowego stopów o wysokiej entropii L12- zapewniają dokładne wskazówki dotyczące kontrolowanego przygotowania stopów o wysokiej entropii wzmacnianych wydzieleniowo. Jak pokazano na rysunku 1a, stop Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 wykazuje prostą strukturę FCC + L12 w szerokim zakresie temperatur 800-1100 stopni, unikając tworzenia faz B2 i Sigma. Łącząc rysunki 1a i 1b, można precyzyjnie kontrolować wielkość fazy L12, zmieniając jednocześnie jej zawartość. Rysunki 1c i 1d przewidują zmiany składu pierwiastkowego w fazach FCC i L12 w funkcji temperatury, co może być ważną przyczyną zmiany odporności korozyjnej stopu.
Kluczowy punkt 2: Zachowanie korozyjne stopów o wysokiej{{2}entropii wzmocnionych fazą L12. Rysunek 2a-b pokazuje, że wraz ze wzrostem zawartości fazy L12 potencjał korozji wżerowej stopu znacznie wzrasta, osiągając około 600 mV SCE. W porównaniu z innymi wielofazowymi stopami-o wysokiej entropii lub stopami tradycyjnymi, stop ten wykazuje znaczące zalety pod względem odporności na korozję jednorodną i korozję wżerową (rysunek 2c).
Punkt 3: Termodynamiczną stabilność tlenku na powierzchni dwu-fazowej analizuje się za pomocą wykresu potencjału-pH. Rysunki 3a-b przedstawiają odpowiednio termodynamiczną stabilność tworzenia się tlenku na powierzchniach fazy FCC i fazy L12. Tlenkiem powstającym na powierzchni fazy FCC jest głównie Cr2O3, natomiast tlenkiem powstającym na powierzchni fazy L12 jest głównie Al2O3. Cr2O3 ma większą odporność na korozję wżerową, podczas gdy Al2O3 jest łatwo adsorbowany i ulega erozji przez Cl- w roztworze zawierającym chlorek-, przez co ma słabszą odporność na korozję wżerową. Można zatem stwierdzić, że faza L12 jest bardziej podatna na korozję w porównaniu z fazą FCC.
Punkt 4: Obserwacja TEM warstwy pasywacyjnej potwierdziła przewidywania termodynamiczne. Rysunki 4a-f wskazują, że faza L12 była preferencyjnie skorodowana podczas procesu korozji, ale warstwa pasywacyjna szybko rosła wzdłuż dolnej osnowy FCC, tworząc zakrzywioną, ale ciągłą i jednolitą warstwę pasywacyjną. Wynik ten był zgodny z przewidywaniami wykresu potencjalnego-pH. Ponadto stabilność folii pasywacyjnej stopu jest związana głównie z właściwościami matrycy FCC, a im wyższa zawartość pierwiastka Cr w matrycy FCC, tym stabilniejsza jest folia pasywacyjna. Dlatego też, zwiększając zawartość fazy L12 i sprzyjając wzbogacaniu pierwiastków Cr w matrycy FCC (rysunek 1c), można skutecznie poprawić stabilność folii pasywacyjnej.
Punkt 5: Analiza stabilności wzrostu korozji wżerowej Zakładając, że faza L12 zostanie całkowicie rozpuszczona, czy niestabilne „wżery” pozostałe po rozpuszczeniu będą nadal rosły lub ulegną rekrystalizacji? Rysunek 5a przedstawia proces elektrochemiczny zachodzący w-niestabilnych wżerach korozyjnych. W tym przypadku to, czy wżery mogą rosnąć stabilnie, zależy od konkurencji między kinetyką rozpuszczania a kinetyką dyfuzji. W przypadku niestabilnych wżerów wżerowych o tej samej wielkości, idiff,crit powinien pozostać stały, jak pokazano niebieską linią na rysunku 5b, podczas gdy matryce FCC o różnej zawartości Cr będą prowadzić do znaczących zmian w kinetyce rozpuszczania, jak pokazano czerwoną linią na rysunku 5b. Im wyższa zawartość Cr w osnowie FCC, tym mniejsze nachylenie gęstości prądu w stosunku do potencjału, dlatego też do stabilnego wzrostu korozji wżerowej wymagany jest wyższy warunek krytyczny, co zwiększa odporność na stabilny wzrost korozji wżerowej.
Prace te znacznie zwiększyły odporność na korozję stopu-wzmocnionego wydzieleniowo o wysokiej-entropii poprzez regulację zawartości fazy L12. Zrozumieno charakterystykę rozkładu pierwiastków podczas wytrącania fazy L12, wyjaśniono wpływ zawartości fazy wydzielonej na zachowanie korozyjne stopu o wysokiej-entropii oraz wyjaśniono mechanizm wpływu zawartości fazy L12 na stabilność warstwy pasywacyjnej i proces narastania korozji wżerowej.