西安建筑科技大学深入研究低成本钛合金腐蚀行为：层次相结构对耐腐蚀性的影响

2025-01-06 13:50:37 作者：腐蚀与防护来源：腐蚀与防护分享至：

1 研究背景

随着现代工业的快速发展，对高性能材料的需求日益增长。钛合金因其优异的比强度、低弹性模量、卓越的耐腐蚀性和出色的耐热性，在航空航天、石化、海洋工业以及生物医用材料等领域得到了广泛应用。然而，钛合金高昂的成本限制了其应用范围。为了降低成本，西安建筑科技大学的研究人员开始探索利用TC4钛合金废料，并通过微合金化低成本合金元素（如铁Fe）来开发新型低成本钛合金。这种新型合金的相组成和微观结构与其耐腐蚀性密切相关，通过调整微观结构和元素分布可以优化其耐腐蚀性能。

2 成果简介

在这项研究中，研究人员系统研究了微观结构对Ti-Al-V-Fe-Mo合金腐蚀行为的影响，并提出了一种基于价电子理论模型的Ti-Al-V-Fe-Mo合金腐蚀行为理论。通过真空熔炼、锻造和固溶处理，研究人员成功制备了具有层次相结构的Ti-Al-V-Fe-Mo合金，该结构包含微米级α相和微米级及纳米级α'相。研究发现，高密度的层次α'马氏体在Ti-Al-V-Fe-Mo合金中表现出高晶界密度和Fe、Mo的弱偏聚，这有助于在合金表面形成低缺陷密度和高膜电阻的钝化膜，以及基体中溶质的均匀分布。这种均匀性显著降低了点蚀腐蚀的倾向，并增强了合金的整体耐腐蚀性。

3 图文导读

图1：(a)展示了TC4L合金锻造工艺路线的示意图；(b)热处理计划；(c)锻造后的微观结构；(d)本钛合金与其他报道的商业钛合金的生产成本对比。

图2：展示了TC4L合金的微观结构和相组成：(a, d, g)三重微观结构(TM)；(b, e, h)双模微观结构(BM)；(c, f, i)等轴微观结构(EM)；(j)XRD图案；(k)三个主要α(α')衍射峰的半高宽(FWHM)。

图3：TM、BM和EM样品的透射电子显微镜(TEM)结果：(a)TM的典型亮场TEM图像；(b)BM的亮场图像；(c)EM的亮场图像以及对应的选区电子衍射(SAED)图案。

图4：(a)不同微观结构TC4L合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的开路电位(OCP)曲线；(b)在3.5 wt.% NaCl溶液中的动电位极化曲线

图5：(a)和(b)分别为TC4L合金在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡1小时后的Nyquist和Bode图；(c)用于拟合测量阻抗数据的等效电路；(d)基于拟合数据计算的极化电阻(Rp)值。

4 小结

本研究深入探讨了低成本钛合金的腐蚀行为，揭示了微观结构对合金耐腐蚀性的影响。研究人员发现，通过优化合金的层次相结构，可以有效提高其耐腐蚀性能。特别是，高密度的层次α'马氏体结构在Ti-Al-V-Fe-Mo合金中表现出优异的耐腐蚀性，这为低成本钛合金的开发和应用提供了重要的理论支持和实践指导。研究结果不仅丰富了钛合金腐蚀机制的理论基础，也为钛合金在极端环境下的应用提供了新的材料选择。通过进一步的实验验证和工程应用，这些发现有望在工业领域实现更广泛的应用，推动相关产业的技术进步。

文献：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113521

来源：材料研究进展

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