導讀：本文設計了一種加工性能優異、高強韌、抗腐蝕和抗氫脆斷的單相CoNiV中熵合金，不僅在大于90%的伸長率下具有1GPa的抗拉強度，而且具有出色的耐腐蝕和抗氫脆性。這歸因于單相固溶的單一fcc結構、堆垛層錯能、固溶體元素三方面共同作用。相關結果為高環境穩定性下設計具有良好機械性能的合金開辟了道路。

人們周圍的機器、基礎設施、發電廠和結構部件均需要具有高的強度和損傷容限的材料，但是在含氫、酸性或混合的環境中時，材料由于氫脆和腐蝕導致機械性能逐漸下降，嚴重影響部件的使用壽命?，F階段已經應用的先進材料（如不銹鋼、鎳基合金、鈦合金等）通過成分調整等措施能在一定程度上增強耐腐蝕性能，然而進一步提高合金的強度時會使抗腐蝕性能下降。這是因為微結構的變化在提高強度的同時造成了電位差，易出現電化學腐蝕；氫會在析出相內部，界面等區域積累，導致材料失效。因此探索在氫存在的條件下兼顧機械性能和酸性環境中的抗腐蝕性能非常重要。

日前，北京科技大學李曉剛教授和駱鴻教授、馬普所Dierk Raabe等人團隊提出了一種等原子CoNiV 中熵合金（MEA），在300K含氫的環境下無明顯氫脆現象，且具有良好的機械性能，在酸性環境中具有良好的耐蝕性。合金兼具良好的強度、塑性、耐蝕性和氫脆性。相關論文以題為“A strong and ductile medium-entropy alloy resists hydrogen embrittlement and corrosion”發表在Nature Communications。這是該期刊近年來為數不多報道耐蝕金屬材料類的研究論文。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16791-8

本研究通過真空感應熔化和滴鑄法制備等原子CoNiV中熵合金，在氬氣環境中進行1200℃×24h均勻化處理，冷軋壓下率75%，氬氣下進行950℃×1h再結晶退火，最終合金為單一的fcc結構，晶粒尺寸約為10.5μm，具有隨機的晶體織構。

研究發現，MEA中氫擴散率較低，遠低于純V中的擴散率，這與大量添加Ni和Co有關，一方面形成單一的fcc固溶體，氫擴散率較低；另一方面形成致密的表面阻擋膜，阻礙表面氫的釋放速率。堆垛層錯能（SFE）在應變硬化中也有重要的作用。它會影響晶格分裂成部分晶格，從而減少位錯交叉滑移并導致位錯反應產物。MEA的屈服強度約為600MPa，抗拉強度約為1GPa，延伸率超過90%。

圖1等原子CoNiV MEA的再結晶組織

圖2 等原子CoNiV MEA斷裂表面附近的力學行為和變形微觀結構

研究發現在電化學腐蝕過程中MEA形成了穩定的阻擋膜。MEA中的Co和Ni離子的溶解濃度（~0.9，~1.1μg/L）遠低于其各自純金屬的相同條件下的離子濃度（~2×107，~300μg/L），但是V離子濃度略高。說明MEA上的阻擋膜能夠防止Ni，Co從基體上溶解，V的加入增加了阻擋膜的穩定性，最終導致MEA的抗腐蝕性能提升。

圖3 拉伸試驗后，含氫和不含氫的等原子CoNiV MEA的斷裂表面

圖4表面阻擋膜的電化學行為和組成

圖5 含/不含氫的各種合金的總伸長率與極限強度的匯總

綜上所述，本文提出的等原子CoNiVMEA不僅在大于90%的伸長率下具有1 GPa的高極限拉伸強度，而且在300K、10^-4/s的應變速率下具有出色的耐腐蝕和氫脆性。這種高綜合性能是由單相固溶的單一fcc結構、堆垛層錯能和固溶體元素三方面共同作用所導致。本研究為高環境穩定性下設計具有良好機械性能的合金開辟了道路。（文：破風）

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