Este estudo alcançou a preparação controlável de precipitados L12 com base em cálculos de diagramas de fases. Combinado com o diagrama de potencial termodinâmico -pH de corrosão e observações TEM de filmes passivos, o mecanismo de influência do conteúdo da fase L12 em nanoescala no comportamento de corrosão de ligas de alta -entropia foi sistematicamente investigado. Foi esclarecido que a precipitação da fase L12 em nanoescala ajuda a enriquecer os elementos Cr na matriz FCC, melhorando assim a estabilidade dos filmes passivos e a resistência ao crescimento de pites. Uma nova estratégia foi proposta para aumentar significativamente o potencial de corrosão de ligas de alta-entropia, precipitando fases L12 em nanoescala.
Explicação Ilustrada
O cálculo do diagrama de fase de ligas de alta entropia L12- fornece orientação precisa para a preparação controlável de ligas de alta entropia reforçadas por precipitação. Conforme mostrado na Figura 1a, a liga Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 exibe uma estrutura FCC + L12 simples dentro de uma ampla faixa de temperatura de 800-1100 graus, evitando a formação das fases B2 e Sigma. Ao combinar as Figuras 1a e 1b, o tamanho da fase L12 pode ser controlado com precisão enquanto varia o seu conteúdo. As Figuras 1c e 1d prevêem as mudanças na composição elementar nas fases FCC e L12 em função da temperatura, o que pode ser uma razão importante para a alteração da resistência à corrosão da liga.
Ponto-chave 2: Comportamento de corrosão de ligas de alta-entropia reforçadas com fase L12. A Figura 2a-b mostra que à medida que o conteúdo da fase L12 aumenta, o potencial de corrosão por pite da liga aumenta significativamente, atingindo aproximadamente 600 mV SCE. Em comparação com outras ligas multifásicas de alta-entropia ou ligas tradicionais, esta liga apresenta vantagens significativas em termos de sua resistência à corrosão uniforme e à corrosão por pites (Figura 2c).
Ponto 3: A estabilidade termodinâmica do óxido na superfície de duas-fases é analisada através do diagrama de-pH potencial. As Figuras 3a-b mostram respectivamente a estabilidade termodinâmica da formação de óxido nas superfícies da fase FCC e da fase L12. O óxido formado na superfície da fase FCC é principalmente Cr2O3, enquanto o óxido formado na superfície da fase L12 é principalmente Al2O3. O Cr2O3 tem uma resistência mais forte à corrosão por pites, enquanto o Al2O3 é facilmente adsorvido e corroído pelo Cl- na solução contendo cloreto-, tendo assim uma resistência mais fraca à corrosão por pites. Portanto, pode-se concluir que a fase L12 é mais suscetível à corrosão em comparação à fase FCC.
Ponto 4: A observação TEM do filme de passivação confirmou a previsão termodinâmica. As Figuras 4a-f indicaram que a fase L12 foi preferencialmente corroída durante o processo de corrosão, mas o filme de passivação cresceu rapidamente ao longo da matriz inferior do FCC, formando um filme de passivação curvo, mas contínuo e uniforme. Este resultado foi consistente com a previsão do gráfico de -pH potencial. Além disso, a estabilidade do filme de passivação da liga está principalmente relacionada às propriedades da matriz FCC, e quanto maior o teor do elemento Cr na matriz FCC, mais estável será o filme de passivação. Portanto, ao aumentar o conteúdo da fase L12 e promover o enriquecimento de elementos Cr na matriz FCC (Figura 1c), a estabilidade do filme de passivação pode ser efetivamente melhorada.
Ponto 5: Análise da estabilidade de crescimento da corrosão por pite Supondo que a fase L12 esteja completamente dissolvida, os "poços" sub-estáveis deixados após a dissolução continuarão a crescer ou sofrerão recristalização? A Figura 5a mostra o processo eletroquímico que ocorre dentro dos poços de corrosão por pite sub-estáveis. Aqui, se a corrosão pode crescer de forma estável depende da competição entre a cinética de dissolução e a cinética de difusão. Para poços de corrosão por pite sub{7}}estáveis do mesmo tamanho, idiff,crit deve permanecer constante, como mostrado pela linha azul na Figura 5b, enquanto matrizes de FCC com diferentes conteúdos de Cr levarão a mudanças significativas na cinética de dissolução, como mostrado pela linha vermelha na Figura 5b. Quanto maior o teor de Cr na matriz FCC, menor a inclinação da densidade de corrente versus potencial, portanto, uma condição crítica mais alta é necessária para o crescimento estável da corrosão por pites, o que aumenta a resistência ao crescimento estável da corrosão por pites.
Este trabalho melhorou significativamente a resistência à corrosão da liga de alta-entropia reforçada por precipitação, regulando o conteúdo da fase L12. As características de distribuição dos elementos durante a precipitação da fase L12 foram compreendidas, a influência do conteúdo da fase precipitada no comportamento de corrosão da liga de alta-entropia foi esclarecida e o mecanismo do impacto do conteúdo da fase L12 na estabilidade do filme de passivação e no processo de crescimento da corrosão por pites foi elucidado.