多组元高熵合金成分设计及自腐蚀电位协同效应机理研究

如何设计高熵合金最优化成分，并研究成分间的协同效应对性能的影响机理，是高熵合金研究领域中具有共性的关键科学问题，目前还有待深入研究。本项目拟以高熵合金自腐蚀电位协同效应为研究对象，通过优化设计合金成分，获得一类AxByCz型高熵合金，A为具有低自腐蚀电位的Al、Zn、Mg组元，B为具有自腐蚀电位协同效应的Sn与Pb组元，C为提高耐腐蚀能力的Ni、Cr等组元。利用OM、SEM、TEM、XRD、能谱分析技术等，分析高熵合金的微观结构（相分布、数量、组成，显微组织等）；利用电化学工作站测定高熵合金的阳极极化曲线和自腐蚀电位，建立自腐蚀电位-成分图，总结多组元协同效应对自腐蚀电位的影响规律；利用扫描电化学显微镜（SECM）、扫描振动参比电极技术(SVET)等微区技术测定高熵合金表面电流、电位的分布，绘制表面电位分布图并与微区形貌图相对比，阐明高熵合金具有低自腐蚀电位和强耐腐蚀能力的机理。

优化成分设计，探索新的性能，是高熵合金发展的主题方向。本项目在AlMgZn合金基础上，加入Ni/Mn/Cu等元素提高耐腐蚀性能，加入Sn/Pb/In元素起到性能协同作用，研制了AlMgZnSnCuMnNi系列高熵合金。. 在该类高熵合金中，尽管AlMgZn的含量远少于传统的牺牲阳极材料，但高熵合金的自腐蚀电位仍低达-1.33V，自腐蚀电流密度也很低，为10-5A/cm2数量级。与目前使用的铝合金与锌合金牺牲阳极材料相比，该合金具有更低的自腐蚀电位以及更优的耐腐蚀性能。分别研究了Ni、In 、Cu元素对该类高熵合金相结构、显微组织和电化学性能的影响。发现加入Ni能有效提高合金的耐腐蚀能力，而自腐蚀电位下降不多。加入In将显著降低合金的自腐蚀电位，而对耐腐蚀能力影响不大。适量的Cu能改善AlMgZnSnInCux系列合金的电化学性能，AlMgZnSnInCux系列合金在3.5%NaCl溶液的自腐蚀电位都很低，在-1.4V到-1.5V之间。. 在AlMgZn三元合金体系中建立了自腐蚀电位—成分图。发现同时具有低自腐蚀电位和低自腐蚀电流密度的成分不在近铝端和近锌端，也不在近镁端。Al0.2Mg0. 2Zn0.6和Al0.6Mg0.2Zn0.2合金在3.5mass%NaCl溶液中对Q235钢具有良好的保护作用。研究了Sn对AlMgZnSnx多组元合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的影响。发现在AlMgZn合金中加入大量锡时，合金的自腐蚀电位并不升高，当锡的重量百分比达到95%时，合金的自腐蚀电位仍低达-1.37V。研究了少量Mg对SnMg合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的影响，发现在纯锡中加入少量镁，将显著降低合金的自腐蚀电位，而自腐蚀电流密度下降不大。