מחקר זה השיג את ההכנה הניתנת לשליטה של משקעי L12 בהתבסס על חישובי דיאגרמת פאזה. בשילוב עם תרשים הפוטנציאל התרמודינמי- של תצפיות קורוזיה ותצפיות TEM של סרטים פסיביים, נחקר באופן שיטתי מנגנון ההשפעה של התוכן של שלב L12 בקנה מידה ננומטרי על התנהגות הקורוזיה של סגסוגות -אנטרופיות גבוהות. הובהר כי המשקעים של שלב L12 בקנה מידה ננומטרי מסייעים להעשיר אלמנטים Cr במטריצת ה-FCC, ובכך לשפר את היציבות של סרטים פסיביים ואת העמידות בפני צמיחת בור. הוצעה אסטרטגיה חדשה כדי להגדיל באופן משמעותי את פוטנציאל הפירוק של סגסוגות -אנטרופיות גבוהות על ידי שיקוע שלבי L12 ננומטריים.
הסבר מאויר
חישוב דיאגרמת הפאזות של סגסוגות -L12 באנטרופיה גבוהה מספק הדרכה מדויקת להכנה הניתנת לשליטה של סגסוגות מחוזקות באנטרופיה גבוהה עם משקעים. כפי שמוצג באיור 1a, סגסוגת Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 מציגה מבנה פשוט של FCC + L12 בטווח טמפרטורות רחב של 800-1100 מעלות, תוך הימנעות מהיווצרות של שלבי B2 ו-Sigma. על ידי שילוב של איורים 1a ו-1b, ניתן לשלוט במדויק על גודל שלב L12 תוך שינוי התוכן שלו. איורים 1c ו-1d מנבאים את השינויים בהרכב היסודות בתוך שלבי FCC ו-L12 כפונקציה של הטמפרטורה, שעשויה להיות סיבה חשובה לשינוי בעמידות הסגסוגת בפני קורוזיה.
נקודת מפתח 2: התנהגות קורוזיה של סגסוגות אנטרופיה גבוהה- מחוזקות בשלב L12. איור 2a-b מראה שככל שהתוכן של שלב ה-L12 עולה, פוטנציאל קורוזיה של הסגסוגת עולה באופן משמעותי, ומגיע עד לכ-600 mV SCE. בהשוואה לסגסוגות רב-פאזיות אחרות באנטרופיה גבוהה- או סגסוגות מסורתיות, סגסוגת זו מציגה יתרונות משמעותיים במונחים של עמידותה בפני קורוזיה אחידה וקורוזיה בורות (איור 2c).
נקודה 3: היציבות התרמודינמית של התחמוצת על פני השטח הדו-פאזיים- מנותחת באמצעות דיאגרמת ה-pH הפוטנציאלית. איורים 3a-b מציגים בהתאמה את היציבות התרמודינמית של היווצרות תחמוצת על פני השטח של שלב ה-FCC ושלב L12. התחמוצת הנוצרת על פני שלב ה-FCC היא בעיקרה Cr2O3, בעוד שהתחמוצת הנוצרת על פני שלב ה-L12 היא בעיקרה Al2O3. ל-Cr2O3 יש עמידות חזקה יותר בפני קורוזיה, בעוד ש-Al2O3 נספג ונשחק בקלות על ידי Cl- בתמיסה המכילה כלוריד, ובכך יש לו עמידות חלשה יותר בפני קורוזיה בבור. לכן, ניתן להסיק ששלב L12 רגיש יותר לקורוזיה בהשוואה לשלב FCC.
נקודה 4: תצפית TEM של סרט הפסיבציה אישרה את החיזוי התרמודינמי. איורים 4a-f הצביעו על כך ששלב ה-L12 נהרס באופן מועדף במהלך תהליך הקורוזיה, אך סרט הפסיבציה גדל במהירות לאורך מטריצת ה-FCC התחתונה, ויצר סרט פסיבציה מעוקל אך רציף ואחיד. תוצאה זו הייתה עקבית עם החיזוי של גרף ה--pH הפוטנציאלי. יתרה מכך, היציבות של סרט הפסיבציה מסגסוגת קשורה בעיקר למאפיינים של מטריצת ה-FCC, וככל שתכולת רכיבי ה-Cr במטריצת ה-FCC גבוהה יותר, כך סרט הפסיבציה יציב יותר. לכן, על ידי הגדלת התוכן של שלב L12 וקידום העשרה של אלמנטים Cr במטריצת FCC (איור 1c), ניתן לשפר ביעילות את היציבות של סרט הפסיבציה.
נקודה 5: ניתוח של יציבות הצמיחה של קורוזיה בבור בהנחה ששלב L12 מומס לחלוטין, האם תת--ה"בורות" היציבים שנותרו לאחר הפירוק ימשיכו לגדול או יעברו התגבשות מחדש? איור 5a מציג את התהליך האלקטרוכימי המתרחש בתוך בורות קורוזיה תת--יציבים. כאן, האם הבור יכול לגדול ביציבות תלוי בתחרות בין קינטיקה של פירוק לקינטיקה של דיפוזיה. עבור בורות קורוזיה תת--יציבים בגודל זהה, idiff,crit צריך להישאר קבוע, כפי שמוצג על ידי הקו הכחול באיור 5b, בעוד שמטריצות FCC עם תוכן Cr שונה יובילו לשינויים משמעותיים בקינטיקה של פירוק, כפי שמוצג על ידי הקו האדום באיור 5b. ככל שתכולת ה-Cr במטריצת ה-FCC גבוהה יותר, כך שיפוע צפיפות הזרם נמוך יותר לעומת הפוטנציאל, ולכן נדרש תנאי קריטי גבוה יותר לצמיחה יציבה של קורוזית גלעינים, מה שמגביר את ההתנגדות לצמיחה יציבה של קורוזית בור.
עבודה זו שיפרה משמעותית את עמידות הקורוזיה של סגסוגת-המשקעים המחוזקת-אנטרופית גבוהה על ידי ויסות התוכן של שלב L12. מאפייני ההפצה של אלמנטים במהלך המשקע של שלב L12 הובנו, הובהרה השפעת התוכן של השלב המשקע על התנהגות הקורוזיה של סגסוגת האנטרופיה הגבוהה-, והובהרה מנגנון ההשפעה של תכולת שלב ה-L12 על יציבות סרט הפסיבציה ותהליך הצמיחה של קורוזיה בבור.