この研究は、状態図計算に基づいて L12 析出物の制御可能な調製を達成しました。腐食の熱力学的ポテンシャル-pH図および不動態皮膜のTEM観察と組み合わせて、高エントロピー合金の腐食挙動に対するナノスケールL12相の含有量の影響機構を体系的に調査しました。-ナノスケールの L12 相の析出により FCC マトリックス中の Cr 元素が濃縮され、不動態皮膜の安定性と耐孔食性が向上することが明らかになりました。ナノスケールの L12 相を析出させることで、高エントロピー合金の孔食の可能性を大幅に増加させる新しい戦略が提案されました。{8}
図解解説
L12-高エントロピー合金の状態図計算は、析出強化型高エントロピー合金の制御可能な製造のための正確な指針を提供します。図 1a に示すように、Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 合金は、800 ～ 1100 度の広い温度範囲で単純な FCC + L12 構造を示し、B2 相とシグマ相の形成を回避します。図 1a と 1b を組み合わせることで、L12 相の内容を変化させながら、L12 相のサイズを正確に制御できます。図 1c と 1d は、FCC 相と L12 相内の元素組成の変化を温度の関数として予測しています。これが合金の耐食性の変化の重要な理由である可能性があります。
キーポイント 2: L12 相強化高エントロピー合金の腐食挙動。図 2a-b は、L12 相の含有量が増加するにつれて合金の孔食電位が大幅に上昇し、最大約 600 mV SCE に達することを示しています。他の多相高エントロピー合金や従来の合金と比較して、この合金は均一腐食や孔食に対する耐性の点で大きな利点を示します (図 2c)。
ポイント 3: 二相表面上の酸化物の熱力学的安定性は、電位-図を通じて分析されます。図3a-bはそれぞれ、FCC相とL12相の表面での酸化物形成の熱力学的安定性を示しています。 FCC相の表面に形成される酸化物は主にCr2O3であり、L12相の表面に形成される酸化物は主にAl2O3である。 Cr2O3は耐孔食性が強いのに対し、Al2O3は塩化物-含有溶液中のCl-に吸着され侵食されやすいため、耐孔食性は劣ります。したがって、L12 相は FCC 相に比べて腐食を受けやすいと結論付けることができます。
ポイント 4: 不動態膜の TEM 観察により、熱力学的予測が確認されました。図4a-fは、腐食プロセス中にL12相が優先的に腐食されるが、不動態膜は下部FCCマトリックスに沿って急速に成長し、湾曲しているが連続した均一な不動態膜を形成したことを示しています。この結果は、電位-のpHグラフの予測と一致しました。さらに、合金不動態皮膜の安定性は主にFCCマトリックスの特性に関係しており、FCCマトリックス中のCr元素含有量が多いほど不動態皮膜はより安定します。したがって、L12相の含有量を増やし、FCCマトリックス中のCr元素の濃縮を促進することにより（図1c）、不動態皮膜の安定性を効果的に向上させることができます。
ポイント 5: 孔食の成長安定性の解析 L12 相が完全に溶解すると仮定すると、溶解後に残った準安定な「ピット」は成長し続けるのか、それとも再結晶化するのか?図 5a は、準安定孔食ピット内で発生する電気化学プロセスを示しています。-ここで、孔食が安定して成長できるかどうかは、溶解速度論と拡散速度論の間の競合に依存します。同じサイズの準安定孔食ピットの場合、図 5b の青線で示すように、idiff,crit は一定のままである必要がありますが、図 5b の赤線で示すように、Cr 含有量が異なる FCC マトリックスでは溶解速度に大きな変化が生じます。 FCCマトリックス中のCr含有量が高くなるほど、電流密度対電位の傾きが小さくなるため、孔食の安定した成長にはより高い臨界条件が必要となり、孔食の安定した成長に対する耐性が増加します。
この研究により、L12 相の含有量を調整することにより、析出強化された高エントロピー合金の耐食性が大幅に向上しました。{0}{1}{0} L12相析出時の元素分布特性を把握し、高エントロピー合金の腐食挙動に及ぼす析出相の含有量の影響を解明し、L12相含有量が不動態皮膜の安定性や孔食の成長過程に及ぼす影響のメカニズムを解明した。