含氮中熵合金CrCoNiN腐蚀行为研究

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高熵合金具有优异的性能,应用前景十分广阔。CrCoNi中熵合金具有超过大多数高熵合金和多相合金的强度和韧性,可以作为未来发展有前途的工程合金的基础。但是CrCoNi中熵合金仍然不能满足工程应用下高屈服强度的要求,所以考虑将N引入CrCoNi中熵合金来改善其力学及耐腐蚀性能。研究CrCoNi中熵合金在模拟海水环境中的耐腐蚀性能以及微生物腐蚀行为,对其在海洋及其它特殊工程领域的应用具有重要意义。本文以含氮中熵合金CrCoNiN为研究对象,以CrCoNi中熵合金及316L奥氏体不锈钢为对比钢种,利用多种电化学实验手段及X射线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)等分析技术,结合活死细菌染色实验、点蚀坑深度分析等方法,系统的研究了 CrCoNi及CrCoNiN中熵合金在模拟海水环境中的耐腐蚀性能,以及两种中熵合金和316L不锈钢在含铜绿假单胞菌培养基中的微生物腐蚀行为,得出的主要结论如下:氮的加入扩大了 CrCoNi中熵合金的奥氏体相区,显着减小了 CrCoNiN中熵合金的晶粒尺寸;氮在CrCoNiN中熵合金里以Cr2N析出相及固溶态的N原子两种形式存在。CrCoNiN中熵合金中的Ce氧化物夹杂物和Cr2N析出相周围易引发亚稳性点蚀。氮的加入会抑制CrCoNiN中熵合金亚稳态点蚀的萌生,显著降低其腐蚀电流密度,提高其点蚀和再钝化电位以及临界点蚀温度。CrCoNi及CrCoNiN中熵合金的钝化膜表现为p型半导体。氮的加入降低了中熵合金的受主密度,增加了钝化膜的厚度,促进了钝化膜中Cr元素和Cr2O3的富集。CrCoNiN中熵合金在钝化膜最外表面富集氨(NH3和NH4+)以及在金属/钝化膜界面富集CrN,提高了钝化膜的稳定性和修复能力,从而显著提高CrCoNiN中熵合金在氯离子溶液中的耐腐蚀性能。铜绿假单胞菌的生物催化作用会加速阳极反应,降低开路电位、线性极化电阻和电荷转移电阻,增加腐蚀电流密度和腐蚀速率;铜绿假单胞菌还会在CrCoNi及CrCoNiN中熵合金表面生成不均匀的生物被膜,破坏试样表面的钝化膜,加速点蚀的发生。CrCoNi及CrCoNiN中熵合金钝化膜的修复能力较强,在含铜绿假单胞菌的环境中的耐微生物腐蚀性能相近,均优于316L不锈钢。
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