Touto štúdiou sa dosiahla kontrolovateľná príprava precipitátov L12 na základe výpočtov fázového diagramu. V kombinácii s termodynamickým potenciálom-pH diagramom korózie a TEM pozorovaniami pasívnych filmov bol systematicky skúmaný mechanizmus vplyvu obsahu nanometrovej fázy L12 na korózne správanie vysoko-entropických zliatin. Objasnilo sa, že precipitácia fázy L12 nanometrov pomáha obohatiť prvky Cr v matrici FCC, čím sa zlepšuje stabilita pasívnych filmov a odolnosť voči rastu jamiek. Bola navrhnutá nová stratégia na výrazné zvýšenie potenciálu bodovej korózie vysoko-entropických zliatin vyzrážaním nanometrových fáz L12.
Ilustrované vysvetlenie
Výpočet fázového diagramu L12-zliatín s vysokou entropiou poskytuje presný návod na kontrolovateľnú prípravu vysokoentropických zliatin spevnených precipitáciou. Ako je znázornené na obrázku 1a, zliatina Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 vykazuje jednoduchú FCC + L12 štruktúru v širokom rozsahu teplôt 800-1100 stupňov, čím sa zabraňuje tvorbe fáz B2 a Sigma. Kombináciou obrázkov 1a a 1b je možné presne kontrolovať veľkosť fázy L12 a meniť jej obsah. Obrázky 1c a 1d predpovedajú zmeny v elementárnom zložení vo fázach FCC a L12 ako funkciu teploty, čo môže byť dôležitým dôvodom pre zmenu odolnosti zliatiny proti korózii.
Kľúčový bod 2: Korózne správanie vysoko-entropických zliatin L12 zosilnených fázou. Obrázok 2a-b ukazuje, že so zvyšujúcim sa obsahom fázy L12 výrazne stúpa potenciál jamkovej korózie zliatiny a dosahuje až približne 600 mV SCE. V porovnaní s inými viacfázovými zliatinami s vysokou -entropiou alebo tradičnými zliatinami táto zliatina vykazuje významné výhody z hľadiska odolnosti voči rovnomernej korózii a bodovej korózii (obrázok 2c).
Bod 3: Termodynamická stabilita oxidu na dvojfázovom povrchu sa analyzuje pomocou diagramu potenciálu -pH. Obrázky 3a-b znázorňujú termodynamickú stabilitu tvorby oxidu na povrchoch FCC fázy a L12 fázy. Oxid vytvorený na povrchu FCC fázy je hlavne Cr2O3, zatiaľ čo oxid vytvorený na povrchu L12 fázy je hlavne Al2O3. Cr2O3 má silnejšiu odolnosť voči bodovej korózii, zatiaľ čo Al2O3 sa ľahko adsorbuje a eroduje Cl- v roztoku obsahujúcom chlorid-, čím má slabšiu odolnosť voči bodovej korózii. Preto možno konštatovať, že fáza L12 je v porovnaní s fázou FCC náchylnejšia na koróziu.
Bod 4: TEM pozorovanie pasivačného filmu potvrdilo termodynamickú predpoveď. Obrázky 4a-f naznačujú, že fáza L12 bola počas korózneho procesu prednostne skorodovaná, ale pasivačný film rýchlo rástol pozdĺž spodnej FCC matrice, čím sa vytvoril zakrivený, ale súvislý a rovnomerný pasivačný film. Tento výsledok bol v súlade s predpoveďou potenciálneho-grafu pH. Okrem toho stabilita pasivačného filmu zliatiny súvisí hlavne s vlastnosťami matrice FCC a čím vyšší je obsah prvku Cr v matrici FCC, tým je pasivačný film stabilnejší. Preto zvýšením obsahu fázy L12 a podporou obohatenia prvkov Cr v matrici FCC (obrázok 1c) možno účinne zlepšiť stabilitu pasivačného filmu.
Bod 5: Analýza rastovej stability jamkovej korózie Za predpokladu, že fáza L12 je úplne rozpustená, budú sub-stabilné „jamy“ po rozpustení naďalej rásť alebo prejdú rekryštalizáciou? Obrázok 5a zobrazuje elektrochemický proces vyskytujúci sa v sub-stabilných jamkách bodovej korózie. Či môže jamka stabilne rásť, závisí od konkurencie medzi kinetikou rozpúšťania a kinetikou difúzie. Pre substabilné jamky bodovej korózie rovnakej veľkosti by idiff,crit mali zostať konštantné, ako ukazuje modrá čiara na obrázku 5b, zatiaľ čo matrice FCC s rôznym obsahom Cr povedú k významným zmenám v kinetike rozpúšťania, ako ukazuje červená čiara na obrázku 5b. Čím vyšší je obsah Cr v FCC matrici, tým nižší je sklon prúdovej hustoty voči potenciálu, preto je pre stabilný rast bodovej korózie potrebný vyšší kritický stav, ktorý zvyšuje odolnosť voči stabilnému rastu bodovej korózie.
Táto práca výrazne zvýšila koróznu odolnosť precipitačnej-zliatiny s vysokou{1}}entropiou spevnenú reguláciou obsahu fázy L12. Boli pochopené distribučné charakteristiky prvkov počas precipitácie fázy L12, objasnený vplyv obsahu precipitovanej fázy na korózne správanie vysoko-entropickej zliatiny a objasnený mechanizmus vplyvu obsahu fázy L12 na stabilitu pasivačného filmu a proces rastu bodovej korózie.