Ta 含量對ZrTiNbAl 系合金鈍化膜形成機(jī)制和耐腐蝕性的影響

李淑雯，張 洋，馬亞璽，戴鵬飛，張中武

（哈爾濱工程大學(xué) 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 超輕材料與表面技術(shù)教育部重點實驗室，哈爾濱 150001）

高熵合金（high entropy alloy，HEA）是一種新型金屬材料，通常是由5 種或5 種以上元素組成［1］。高熵合金具有高熵效應(yīng)、晶格畸變、緩慢的擴(kuò)散特點以及“雞尾酒”效應(yīng)，通常具有較高的強(qiáng)度、硬度和較好的耐腐蝕性等性能［2-4］。其中，難熔高熵合金（refractory high entropy alloys，RHEAs）是以高熔點金屬元素為主元的高熵合金體系［5］。RHEAs組織簡單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，難熔元素（如Zr，Nb，Ti，Ta）通常具有高的氧親和能力，呈現(xiàn)出比傳統(tǒng)耐蝕合金明顯優(yōu)異的鈍化性能和抗點蝕性［6-7］。

鋯合金已經(jīng)成功地應(yīng)用于輕水堆包殼材料，表現(xiàn)出了良好的耐腐蝕和抗輻照性能。但隨著四代反應(yīng)堆設(shè)計的發(fā)展，傳統(tǒng)鋯合金的性能已難以滿足未來需求，亟須開發(fā)新型包殼材料。ZrTiNbAlTa 系難熔高熵合金具有中子吸收截面低、優(yōu)異的室溫和高溫強(qiáng)塑性等優(yōu)點［8-9］，是新一代核反應(yīng)堆的潛在候選新材料。以上領(lǐng)域應(yīng)用構(gòu)件的使用壽命與耐腐蝕性緊密相關(guān)，必須評估材料的耐腐蝕性。合金的腐蝕行為與成分密切相關(guān)，ZrTiNbAlTa 系合金中各個元素在不同合金體系中具有不同的作用。例如，在LiOH 環(huán)境下，Li+會取代ZrO2中的Zr4+［10-13］，降低ZrO2對合金的保護(hù)作用，并且ZrO2在LiOH 溶液中存在分離行為，Li+在合金中的擴(kuò)散也會加劇腐蝕發(fā)生［11］。Nb 元素對提高Zr 合金的耐腐蝕性具有重要作用［14-17］，Wang 等［16］研究發(fā)現(xiàn)由于Nb 元素的取代能更低，在取代Ti4+后鈍化膜中具有更小的缺陷密度，可以提高TiZrNb 合金鈍化膜的穩(wěn)定性，同樣Deng 等［18］研究發(fā)現(xiàn)通過均勻溶解在FCC 固溶體中的微量Nb 元素可以促進(jìn)FeCoCr-NiNbx鈍化膜的形成，從而提高合金的擊穿電位，增強(qiáng)合金的耐腐蝕性。……