稀土Ce对Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金耐腐蚀性能的影响

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五种或多种元素以等原子比组成的新型高熵合金由于具有良好的性能,在过去几十年中引起了广泛关注。由于熵效应,高熵合金倾向于形成简单且无序的固溶体,这为耐蚀合金的设计提供了有利条件。本文选用在低温下具有优异力学性能的经济型非等原子比Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金作为研究对象。合金组成元素Mn在调控组织和改善高熵合金的力学性能方面具有显著作用。然而,Mn会弱化合金的耐腐蚀性能并降低合金钝化膜的稳定性。因此,探索能有效增强合金耐腐蚀性能的方法具有重要意义。添加稀土元素已被广泛用于提高传统合金在侵蚀性环境中的耐腐蚀性能。但关于稀土对高熵合金耐腐蚀性能影响的研究较少。本文研究了不同稀土Ce添加量的高熵合金在侵蚀性介质中的耐腐蚀性能,详细地揭示了稀土Ce对高熵合金耐腐蚀性性能的潜在影响。主要研究结果如下所示:1.通过电弧熔炼制备了不同Ce添加量的非等原子比Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金。通过XRD测试发现,添加Ce并不会改变Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金的FCC单相结构。合金的显微组织SEM图表明,随着Ce添加量的增加,能有效细化合金的晶粒尺寸。2.添加Ce能明显提高Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金在氯化钠溶液中的点蚀电位,增强合金的耐点蚀性能,当Ce含量增加到0.15 at.%时,其点蚀电位达到了265 m VSCE,甚至超过了304不锈钢。此外,含Ce高熵合金在氯化钠溶液中表现出更宽的钝化区间。因此,添加稀土Ce是一种能增强合金在氯化钠溶液中耐蚀性能的有效手段,并且这种增强并不受溶液中氯离子浓度的影响。3.随着Ce添加量的增加,Fe40Mn20Cr20Ni20高熵合金在0.5 M H2SO4溶液中的耐蚀性能先升高后降低。当添加0.10 at.%的稀土Ce时,高熵合金表现出最优的耐蚀性。一方面,添加Ce不仅能球化合金中夹杂物的形状,降低了夹杂物与周围基体合金之间的微裂纹和晶格畸变区,提高了合金的腐蚀敏感性。而且由于Ce与合金中O、S等有害元素之间的吉布斯自由能较低,减少了合金表面容易引发腐蚀的活性位点数量。另一方面,添加Ce降低了钝化膜中的点缺陷浓度,提高了钝化膜的致密性。而且,随着Ce含量的增加,钝化膜中Cr2O3/Cr(OH)3的比值也升高,从而提高了钝化膜的稳定性。
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