耐腐蝕高熵合金研究進展

前言

高熵合金由五種或五種以上主要元素按等原子比或近等原子比組成，具有FCC、BCC、HCP等多種晶格結構，混合熵高于傳統(tǒng)合金，具備高硬度、抗氧化、抗腐蝕等特性。近年來，高熵合金在不同水環(huán)境下的腐蝕行為成為研究重點。

高熵合金（HEA）作為材料科學領域的熱點，以其多主元特性挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)合金理論。本文綜述了高熵合金在富Cl?環(huán)境、酸環(huán)境及高溫高壓水環(huán)境下的耐腐蝕性能研究進展，分析了腐蝕機理及抗腐蝕措施。

高熵合金的耐腐蝕特性

高熵合金的耐腐蝕性能源于其多元素隨機無序排列形成的固溶體結構，導致局部特殊的化學環(huán)境。元素如Cr、Ni、Mo在高熵合金中常表現(xiàn)出鈍化特性，提升了合金的耐腐蝕能力。

氯化物溶液中的腐蝕行為

在質(zhì)量分數(shù)為3.5%的NaCl溶液中，高熵合金的動電位極化曲線揭示了其腐蝕行為。圖1展示了典型極化曲線，分為活性溶解、過渡鈍化、穩(wěn)定鈍化和過鈍化四部分。通過測量腐蝕電位（Ecorr）、腐蝕電流密度（Icorr）等參數(shù)，可評估合金的耐腐蝕性能。

退火處理對高熵合金耐腐蝕性能有顯著影響。如圖2所示，550℃退火處理的高熵合金（如Al0.6CoFeNiCr0.4）在NaCl溶液中表現(xiàn)出更高的耐腐蝕性。然而，Al含量的增加可能導致鈍化膜穩(wěn)定性下降，如圖3所示，AlxCrFe1.5MnNi0.5合金中，隨著Al含量增加，點蝕電位（Epit）降低。

酸溶液中的腐蝕行為

在H2SO4溶液中，高熵合金的腐蝕行為同樣受到合金元素的影響。表1列出了AlxCrFe1.5MnNi0.5合金在0.5 mol/L H2SO4溶液中的電化學參數(shù)。隨Al含量增加，合金的鈍化電流密度增加，表明耐腐蝕性降低。電化學阻抗譜（EIS）分析進一步證實了這一點（圖4）。

Mo元素對高熵合金在酸溶液中的耐腐蝕行為影響復雜。如圖5所示，雖然一般認為Mo能提高不銹鋼的耐腐蝕性，但在Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5Mox合金中，Mo的加入反而降低了合金在H2SO4溶液中的耐腐蝕性。

高溫高壓水環(huán)境下的腐蝕行為

高溫高壓水環(huán)境對高熵合金的耐腐蝕性能提出了更高要求。ZHAO等研究了AlTiCrNiTa高熵合金涂層在320℃和11.3 MPa飽和壓力下的腐蝕行為。圖6展示了腐蝕過程中表面氧化膜脫落的示意圖。初期形成致密的Al2O3膜，隨后NiCr2O4尖晶石顆粒形成，但Al2O3易與水反應生成AlOOH并溶解，導致尖晶石顆粒暴露和脫落，形成逐層腐蝕模式。