超细晶FCC结构CoCrMnFeNi高熵合金的力学和腐蚀性能研究

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20世纪末高熵合金进入了材料研究者的视野,传统合金的单主元设计理念已不能满足社会发展需求。高熵合金具有的独特性能表现,解决了大多数传统金属材料的性能缺陷问题,是目前航空航天、军事武器装备、生物医疗设备、石油天然气钻探、汽车制造等应用材料的重要替代者,例如典型的面心立方结构(FCC)Co Cr Mn Fe Ni高熵合金。FCC结构Co Cr Mn Fe Ni高熵合金具有优异的力学延展性和耐腐蚀性能,但在室温条件下强度较低极大限制了其工程应用,因此根据传统合金的强化手段采用细化晶粒来提高FCC结构高熵合金材料的性能。然而,当前关于FCC结构Co Cr Mn Fe Ni高熵合金的研究主要集中在粗晶结构上,关于超细晶结构的研究鲜有报道。因此,本文研究选用FCC结构Co Cr Mn Fe Ni高熵合金为研究对象,采用细化晶粒的强化手段来提高性能,并研究超细晶FCC结构Co Cr Mn Fe Ni高熵合金的力学性能和腐蚀性能。本文研究中,使用低温(液氮,77K)轧制和短时间退火制备了超细晶结构的Co Cr Mn Fe Ni高熵合金。通过超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金在77K至573K的温度范围内的拉伸试验,研究了加工样品的变形行为和应变率敏感性(SRS)。研究发现超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金的临界孪晶应力在77K时下降,这归因于堆垛层错能随温度降低。此外,随着试验温度从298K增加到473K,超细晶样品样表现出显著的塑性不稳定性,这与超细晶高熵合金中明显的晶界弛豫有关。另外,应变速率跳跃试验结果表明,随着晶粒尺寸的减小,超细晶样品的SRS变化与相应的强度增强成反比,并表现出比粗晶(CG)样品更强的温度依赖性,特别是在298K到473K温度范围内,温度越高超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金的SRS依赖性越强。研究发现主要是由于晶界弛豫增加,这是一个热激活过程,取决于应变速率和温度。在力学性能研究基础上,研究了超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金在3.5wt.%Na Cl、1M/H2SO4、1M/Na OH溶液中的腐蚀行为。超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金电位-动态极化试验和电化学阻抗谱(EIS)结果表明,与粗晶相比超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金的腐蚀电位更低,腐蚀电流更高,表面更容易形成不稳定的钝化层,并使其具有更快的腐蚀速率。另外,超细晶的微观结构特征表明,超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金中形成了富Cr贫Ni区(σ析出相),导致σ析出相与其附近的基体相之间发生电化学腐蚀。此外,样品表面形成的贫Cr钝化层也降低了钝化膜的稳定性,从而降低了样品的抗点蚀敏感性。整个研究结果表明,超细晶Co Cr Mn Fe Ni高熵合金与粗晶相比,在3.5wt.%Na Cl、1M/H2SO4、1M/Na OH溶液中的腐蚀性能更差。
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