Corrosion Science：Ti38V15Nb23Hf24难熔高熵合金的高温氧化行为

第一作者：欧阳迪，通讯作者：柳林

Abstract

The oxidation behavior of the Ti38V15Nb23Hf24 refractory high-entropy alloy (RHEA) in air was systematically studied in this work. Two distinct types of oxidation behavior were observed. Below 1000℃, a dense composite oxide scale with highly consistent lattice constant and crystallographic orientation was formed on the surface, while above 1000℃, internal oxidation with the formation of needle-like HfO2 occurred in the alloy matrix below the alloy-scale interface. The internal oxidation is caused by the sufficient inward-diffusing oxygen after the decomposition of dense outer oxide layer with sluggish oxygen diffusivity. This research provides new understanding for the development of new antioxidation RHEAs.

文章导读：

难熔高熵合金（Refractory High Entropy Alloys，RHEAs）因其具有本征高熔点，高稳定性和慢扩散等特性，有望在800℃甚至更高温度下服役，成为取代传统镍基高温合金的新一代耐高温金属材料。然而，难熔高熵合金较差的抗高温氧化性能限制了其广泛的应用，揭示高温氧化机制、提高抗高温氧化性能是该类材料的研究重点之一。

最近，华中科技大学非晶态材料研究室柳林课题组以具有室温拉伸塑性的Ti38V15Nb23Hf24难熔高熵合金为对象，研究其在空气中不同温度下的高温氧化行为。结果表明：当温度低于1000℃时，难熔高熵合金表面会形成一层致密的氧化层，氧化层中的细小氧化物保持了近似的晶格常数和高度一致的晶体取向，使得氧在其中扩散较慢；而当温度高于1000℃时，V₂O₅会从复合氧化物中的挥发，使氧化层中分层并产生大量的空位，这有利于金属离子的迁移和氧的内扩散，导致氧通量剧烈增加，从而诱发合金内部产生针状HfO₂生长的内氧化。通过对针状HfO₂生长尖端的观察，发现HfO₂在合金内部沿着垂直于晶面的方向择优取向生长。该项研究表明，该难熔高熵合金在1000℃以上会因为外层氧化物的分解而导致其抗氧化性急剧变差，该研究为发展抗高温氧化难熔高熵合金提供了新的思路。

相关工作近期发表在腐蚀领域知名期刊Corrosion Science上。研究得到了国家自然科学基金委与香港研究资助局联合基金项目的资助（No. 52061160483和No. N_PolyU523/20）。

图1 难熔高熵合金TiVNbHf的氧化机制