哈工大黄永江课题组《Corrosion Science》：通过调控微观结构和残余应力提 ...

隔壁的二叔

1.全文速览
$ ?  m1 B& c) j9 gAlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金(EHEA)兼具优异的力学性能与耐蚀性，在海洋服役环境的结构材料领域展现出巨大潜力。然而，传统铸造工艺普遍面临制备尺寸受限、生产效率低下及微观组织粗大等技术瓶颈。
$ k+ [. D' _% Q9 B$ }9 @: E为突破这一限制，哈尔滨工业大学黄永江教授课题组采用激光定向能量沉积(LDED)增材制造技术成功制备了该合金，并系统阐明了微观结构演变与残余应力对其在0.6 M NaCl溶液中腐蚀行为的协同作用机制。研究表明，LDED工艺能显著细化共晶高熵合金的微观结构，从而削弱其内部的微电偶腐蚀倾向；同时，通过调控激光体积能量密度(VED)引入适度的压缩残余应力(CRS)，有效抑制了点缺陷的萌生，进而促使EHEA表面生成富含Cr3+的致密稳定钝化膜。该工作为采用增材制造技术开发高性能抗腐蚀构件提供了的理论依据与工艺支撑。论文发表于中科院一区TOP期刊Corrosion SCIence。
2.论文亮点
(1). LDED技术的快速凝固特性显著细化共晶高熵合金的微观组织，缓解双相合金两相间的微电偶腐蚀倾向；同时，弥散的纳米级富Cr析出相为生成连续、均匀的保护性氧化层提供了丰富的形核位点；
(2).通过调控VED在共晶高熵合金内部引入高CRS，有效抑制了钝化膜中氧空位等缺陷的萌生与迁移，从而提升钝化膜中氧化物比例及其结构致密性；
$ f& k: f* k  r9 L0 Q; f! d(3).阐明了增材制造共晶高熵合金耐蚀性能提升的双效协同机制：LDED微观组织的细化促进了富Cr钝化膜的快速形成，高CRS增强了该钝化膜的化学稳定性与抗破裂能力，二者结合赋予了EHEA在海洋环境下优异的耐腐蚀性能。
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图形摘要
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AlCoCrFeNi2.1EHEA粉末预合金表征：(a)扫描电镜(SEM)形貌；(b)粒径分布；(c) 能谱(EDS)元素分布；(d) LDED示意图


! }  Q6 V( `9 G) p2 I铸态样品(a)和不同VED的LDED样品(b-e)的电子背散射衍射(EBSD)结果：(a1-e1)相图；（a2-e2)反极图(IPF)图；(a3-e3) 平均取向差(KAM)图


2 @7 S+ R5 S" F  q1 j0 [铸态样品和VED 218样品的透射电镜(TEM)表征结果：(a1, b1) FCC和BCC片层的明场像；(a2-a3, b2-b3) FCC与BCC相对应的衍射斑点；(a4-a5, b4-b5) FCC与BCC相的EDS图谱


# t( Y# v0 D; T/ F4 V9 }; e8 |室温下铸态样品和LDED样品在0.6 M NaCl溶液中的电化学测试结果：(a) 动电位极化曲线；(b)Nyquist图；(c) Bode图；(d) 等效电路图


  N1 n/ I2 `7 F# n+ z0 n# ~. @恒电位极化后铸态样品和LDED样品钝化膜的Mott-Schottky图
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铸态样品和LDED样品钝化膜 (a) Al2p，(b) Cr2p3/2，(c) Fe2p3/2的XPS光谱：(a1-c1) Cast；(a2-c2) VED 182；(a3-c3) VED 218；(a4-c4) VED 255；(a5-c5) VED 290


! ]/ L6 }' ]4 P6 E3 @EHEA钝化膜中的阳离子组分：(a) Cast；(b) VED 182；(c) VED 218；(d) VED 255；(e) VED 290

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(a)铸态样品和(b) VED 218样品的扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)图像：(a1, b1)形貌图；(a2, b2)电势图


(a)铸态样品和(b) LDED样品在0.6 M NaCl溶液中的腐蚀机理示意图

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( l8 \5 w& p; b0 F(a) 基于纳米压痕测定不同VED下增材制造EHEA样品的残余应力；(b) 钝化膜极化电阻随残余应力的函数；(c) Al、Cr和Fe的氧化物与氢氧化物的比值与残余应力的关系；(d) 供体密度与残余应力的函数关系


; |' z( _; M  k( W, f/ F(a)低CRS样品和(b)高CRS样品在0.6 M NaCl溶液中的腐蚀机理示意图
4.总结与展望
本研究采用LDED技术成功制备了 AlCoCrFeNi2.1 EHEA。通过调节VED实现了合金微观结构与残余应力的精准调控，并深入探究了其在 0.6 M NaCl 溶液中的腐蚀机制。主要研究结论总结如下：
(1) LDED工艺显著细化了共晶高熵合金的层片结构与析出相。随着VED的增加，FCC相的体积分数逐渐升高，且样品的残余应力呈现出先增大后减小的演变趋势，其中VED为218 J·mm-3的样品表现出最高的CRS；
(2) LDED制备样品的耐腐蚀性能显著优于传统铸态样品。这主要归因于LDED样品BCC相内部析出了细小且弥散的富Cr相，有效降低了FCC相与BCC相之间的电化学电势差，从而抑制了微电偶腐蚀；
8 ?7 q6 L7 m" h3 K* o6 J(3) 随着VED的增加，LDED制备样品的耐腐蚀性能呈现出非单调的变化趋势，这与内部残余应力的演变规律吻合。研究证实，较高的CRS与钝化膜中载流子浓度的降低密切相关，并伴随着点蚀电位与极化电阻的提升；
& U+ M  _# E' E/ |8 s& J  A& I(4) LDED制备的共晶高熵合金耐腐蚀性能的提升，本质上源于微观结构细化与CRS的协同作用。微观组织的细化促进了致密富Cr钝化膜的快速形成，而引入的CRS则有效稳定了该钝化层并抑制了内部缺陷的萌生。
1 l# n  H. a4 U* X' |% p) E) t5.作者介绍
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通讯作者：黄永江，哈尔滨工业大学教授，工学博士，博士生导师，英国皇家学会牛顿学者，黑龙江省高层次人才，中国金属学会非晶合金分会委员，全国重点实验室副主任，中国热处理行业协会汽车钢分会副理事长。主要从事新型航天金属材料的增材/增减材智能制造、亚稳金属材料（包括非晶合金及其复合材料、轻合金、高熵合金等）、凝固理论及铸造装备等方向研究工作。获黑龙江省科技进步二等奖一项，黑龙江省自然科学二等奖一项，黑龙江省高校自然科学一等奖和二等奖各一项。在Advanced Materials、Acta Materialia、International Journal of Plasticity、Corrosion Science等国际著名学术杂志上发表SCI收录论文270余篇，被Science等权威杂志引用7950次（单篇最高SCI引用280余次），ESI高被引6篇，3篇入选封面论文，1篇论文入选中国知网高影响力论文，1篇论文入选Rare Metals杂志年度最佳论文，H因子45，申请国家发明专利82项，授权55项，担任8个国际期刊副主编/编委/青年编委。
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* ~# [9 S8 ]; V, \4 {' J7 L$ x! A2 `( X第一作者：狄婧，哈尔滨工业大学博士生，主要从事共晶高熵合金的增材制造及极端环境服役行为研究，参与哈尔滨工业大学空间环境与物质作用全国重点实验室开放课题。
6.引用本文
Jing Di, Yang Lv, ZiJian Cheng, ZeHao Li, Yonghui Wang, TianXu Zhao, ZhiLiang Ning, Yanming Zhang, JianFEI Sun, YongJiang Huang*. Improved corrosion resistance of laser directed energy deposited AlCoCrFeNi2.1 eutectic high-entropy alloy via microstructure and residual stress control, Corrosion Science 2026, 266: 113836
! F( P: F* p8 {9 j* y8 |0 Zhttps://doi.org/10.1016/j.corsci.2026.113836
本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。
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