Tässä tutkimuksessa saavutettiin faasikaaviolaskelmien perusteella kontrolloitavissa oleva L12-saostumien valmistus. Yhdistettynä passiivisten kalvojen korroosion termodynaamisen potentiaali-pH-kaavion ja TEM-havaintojen kanssa nanomittakaavan L12-faasin sisällön vaikutusmekanismia korkean-entropian metalliseosten korroosiokäyttäytymiseen tutkittiin systemaattisesti. Selvitettiin, että nanomittakaavan L12-faasin saostus auttaa rikastamaan Cr-elementtejä FCC-matriisissa, mikä parantaa passiivisten kalvojen stabiilisuutta ja pistekasvun kestävyyttä. Uutta strategiaa ehdotettiin suuren-entropian metalliseosten pistehakupotentiaalin lisäämiseksi merkittävästi saostamalla nanomittakaavan L12-faasit.
Kuvitettu selitys
L12-korkean entropian metalliseosten vaihekaaviolaskenta antaa tarkat ohjeet sadevahvisteisten korkean entropiaan metalliseosten hallittavaan valmistukseen. Kuten kuviossa 1a esitetään, Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6-lejeeringillä on yksinkertainen FCC + L12 -rakenne laajalla lämpötila-alueella 800-1100 astetta, jolloin vältetään B2- ja Sigma-faasien muodostuminen. Yhdistämällä kuvioita 1a ja 1b voidaan L12-vaiheen kokoa tarkasti ohjata sen sisältöä vaihtelemalla. Kuvat 1c ja 1d ennustavat alkuainekoostumuksen muutoksia FCC- ja L12-faasien sisällä lämpötilan funktiona, mikä voi olla tärkeä syy lejeeringin korroosionkestävyyden muutokselle.
Keskeinen kohta 2: L12-vaihevahvistettujen korkean entropian metalliseosten korroosiokäyttäytyminen. Kuva 2a-b osoittaa, että kun L12-faasin pitoisuus kasvaa, lejeeringin pistekorroosiopotentiaali kasvaa merkittävästi ja saavuttaa noin 600 mV SCE:n. Verrattuna muihin monivaiheisiin korkean -entropian metalliseoksiin tai perinteisiin metalliseoksiin, tällä seoksella on merkittäviä etuja sen tasaisen korroosion ja pistekorroosionkestävyyden suhteen (kuva 2c).
Kohta 3: Oksidin termodynaaminen stabiilisuus kaksivaiheisella pinnalla analysoidaan potentiaali-pH-diagrammin avulla. Kuvat 3a-b esittävät vastaavasti oksidin muodostumisen termodynaamisen stabiilisuuden FCC-faasin ja L12-faasin pinnoilla. FCC-faasin pinnalle muodostuva oksidi on pääasiassa Cr2O3:a, kun taas L12-faasin pinnalle muodostuva oksidi on pääasiassa Al2O3. Cr2O3:lla on vahvempi pistekorroosionkestävyys, kun taas kloridi-pitoisessa liuoksessa oleva Cl- adsorboi ja syövyttää Al2O3:a helposti, joten sillä on heikompi pistekorroosionkestävyys. Tästä syystä voidaan päätellä, että L12-faasi on herkempi korroosiolle kuin FCC-faasi.
Kohta 4: Passivointikalvon TEM-havainto vahvisti termodynaamisen ennusteen. Kuvat 4a-f osoittivat, että L12-faasi oli ensisijaisesti syöpynyt korroosioprosessin aikana, mutta passivointikalvo kasvoi nopeasti pitkin alempaa FCC-matriisia muodostaen kaarevan, mutta jatkuvan ja tasaisen passivointikalvon. Tämä tulos vastasi potentiaalisen-pH-kaavion ennustetta. Lisäksi seoksen passivointikalvon stabiilius liittyy pääasiassa FCC-matriisin ominaisuuksiin, ja mitä korkeampi Cr-elementtipitoisuus FCC-matriisissa, sitä stabiilimpi passivointikalvo. Siksi lisäämällä L12-faasin pitoisuutta ja edistämällä Cr-elementtien rikastumista FCC-matriisissa (kuvio 1c), passivointikalvon stabiilisuutta voidaan parantaa tehokkaasti.
Kohta 5: Pistekorroosion kasvustabiilisuuden analyysi Jos oletetaan, että L12-faasi on täysin liuennut, jatkavatko liukenemisen jälkeen jäljelle jääneet sub-stabiilit "kuopat" kasvua vai kiteytyvätkö ne uudelleen? Kuva 5a esittää sähkökemiallista prosessia, joka tapahtuu epästabiileissa pistekorroosiokuopissa. Tässä, voiko kuoppa kasvaa vakaasti, riippuu liukenemiskinetiikan ja diffuusiokinetiikan välisestä kilpailusta. Samankokoisissa sub{7}}stabiileissa pistekorroosiokuoppaissa idiff,crit:n tulee pysyä vakiona, kuten sininen viiva kuvassa 5b osoittaa, kun taas FCC-matriisit, joilla on eri Cr-pitoisuus, johtavat merkittäviin muutoksiin liukenemiskinetiikassa, kuten punainen viiva kuvassa 5b osoittaa. Mitä korkeampi Cr-pitoisuus FCC-matriisissa, sitä pienempi on virrantiheyden kaltevuus potentiaaliin nähden, joten pistekorroosion vakaalle kasvulle tarvitaan korkeampi kriittinen olosuhde, mikä lisää vastustuskykyä pistekorroosion stabiilia kasvua vastaan.
Tämä työ paransi merkittävästi sateen{0}}vahvistetun korkean-entropiametalliseoksen korroosionkestävyyttä säätelemällä L12-faasin sisältöä. Alkuaineiden jakautumisominaisuudet L12-faasin saostuksen aikana selvitettiin, saostuneen faasin sisällön vaikutus korkean -entropian metalliseoksen korroosiokäyttäytymiseen selvitettiin ja L12-faasisisällön vaikutusmekanismi passivointikalvon stabiilisuuteen ja pistekorroosion kasvuprosessiin selvitettiin.