AlCoCrFeNi系高熵合金电化学钝化行为及机理的纳米尺度研究

Passivation is one of the most important characteristics of common high-entropy alloys (HEAs). In this proposal, electrochemical passivation behavior and the corresponding mechanisms of AlCoCrFeNi HEAs will be studied at nanoscale on the basis of their passivation features coupled with the microstructure analysis of passive films. Initially, basic kinetics of the HEAs passivation process could be revealed by disclosing the evolution of microstructure and composition distribution of passive films under different applied potentials. Meanwhile, nanoscale structure transformation of the precipitates in HEAs as well as the interaction between chloride ions and passive films are key issues to clarify the impact of the precipitates and chloride ions on the electrochemical passivation behavior of AlCoCrFeNi HEAs. Furthermore, theoretical calculations will also be employed to model the coupling effect of precipitates and chloride ions on HEAs during the passivation process, which can serve as an significant theory foundation of the passivation mechanisms of HEAs. Moreover, this study is of great scientific significance for the design and development of novel HEAs with excellent corrosion resistance.

钝化行为是多种高熵合金的重要基本属性之一。本项目选择AlCoCrFeNi系高熵合金为研究对象，将其电化学钝化特性与钝化膜的微观结构相结合，从纳米尺度阐释该合金的钝化行为及机理。首先，通过研究不同钝化电位下AlCoCrFeNi系高熵合金钝化膜微观结构和成分分布的动态演变，揭示该合金电化学钝化过程的基本动力学机制。同时，在纳米尺度剖析钝化过程中析出相的微观结构变化以及氯离子（Cl-）与钝化膜的相互作用机制，深入探讨析出相和Cl-与AlCoCrFeNi系高熵合金电化学钝化行为的内在联系，并结合动力学理论计算进一步建立该合金在析出相和Cl-内外因素耦合作用下钝化行为的电化学理论模型，为高熵合金钝化行为和机理研究的发展提供理论基础，对新型耐蚀高熵合金的设计及发展具有重要的科学意义。

探究高熵合金表面钝化膜的微观结构及成分分布特征是揭示其钝化行为和机理的重要途径，由于钝化膜具有纳米级厚度的特点，针对其微观特性的研究一直是极具挑战性的课题。本课题基于电化学测试与跨尺度表征技术相结合，系统揭示AlCoCrFeNi合金电化学钝化过程的基本动力学机制，在纳米尺度剖析钝化过程中不同组织结构的演变以及氯离子与钝化膜的相互作用机制，为高熵合金钝化行为和机理研究的发展提供理论基础，对新型耐蚀高熵合金的设计及发展具有重要的科学意义。. 基于宏-微观表征手段系统研究了AlCoCrFeNi系高熵合金的跨尺度组织结构特性，揭示了Ni、Co元素含量及热处理工艺对AlCoCrFeNi系高熵合金中FCC和BCC等基体相以及B2、σ、L12等典型析出相的成分、占比、尺寸、分布等典型特征的影响规律。研究了AlCoCrFeNi系高熵合金在不同溶液体系中的电化学钝化行为特征和主要局部腐蚀形式，重点阐述了B2相的物理化学性质与AlCoCrFeNi系高熵合金在不同溶液环境中电化学钝化行为的内在联系，揭示了该合金中B2的优先溶解导致局部腐蚀萌生扩展的一般腐蚀行为规律。借助准原位测试明确了典型相结构的钝化及耐蚀能力，系统剖析了AlCoCrFeNi系高熵合金本征因素和外部因素与电极表面钝化动力学反应机制的构效关系。. 利用球差矫正透射电子显微镜在原子尺度下分析了不同电位下所形成钝化膜的成分分布、微观结构及其与基体间的晶体结构关系，并结合AlCoCrFeNi高熵合金的电化学钝化行为特征，从纳米尺度揭示了析出相对AlCoCrFeNi高熵合金电化学钝化行为的影响机制。同时，在原子尺度下监测Cl离子对钝化膜微观结构的影响，阐明了Cl离子与高熵合金钝化膜的交互作用机制。. 本课题通过电化学方法与跨尺度表征技术，系统研究了AlCoCrFeNi系高熵合金的钝化行为规律，阐明了该合金电化学钝化过程中的主控机制、行为规律以及钝化膜微观结构特征，为我国新型耐蚀高熵合金的研发提供了基础数据和理论依据。本课题共发表SCI论文16篇,培养硕士研究生2名。