哈工大黃永江課題組《Corrosion Science》：通過調控微觀結構和殘余應力提升激光定向能量沉積AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的耐腐蝕性能

1.全文速覽

AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金(EHEA)兼具優異的力學性能與耐蝕性，在海洋服役環境的結構材料領域展現出巨大潛力。然而，傳統鑄造工藝普遍面臨制備尺寸受限、生產效率低下及微觀組織粗大等技術瓶頸。

為突破這一限制，哈爾濱工業大學黃永江教授課題組采用激光定向能量沉積(LDED)增材制造技術成功制備了該合金，并系統闡明了微觀結構演變與殘余應力對其在0.6 M NaCl溶液中腐蝕行為的協同作用機制。研究表明，LDED工藝能顯著細化共晶高熵合金的微觀結構，從而削弱其內部的微電偶腐蝕傾向；同時，通過調控激光體積能量密度(VED)引入適度的壓縮殘余應力(CRS)，有效抑制了點缺陷的萌生，進而促使EHEA表面生成富含Cr3+的致密穩定鈍化膜。該工作為采用增材制造技術開發高性能抗腐蝕構件提供了的理論依據與工藝支撐。論文發表于中科院一區TOP期刊Corrosion Science。

2.論文亮點

(1). LDED技術的快速凝固特性顯著細化共晶高熵合金的微觀組織，緩解雙相合金兩相間的微電偶腐蝕傾向；同時，彌散的納米級富Cr析出相為生成連續、均勻的保護性氧化層提供了豐富的形核位點；

(2).通過調控VED在共晶高熵合金內部引入高CRS，有效抑制了鈍化膜中氧空位等缺陷的萌生與遷移，從而提升鈍化膜中氧化物比例及其結構致密性；

(3).闡明了增材制造共晶高熵合金耐蝕性能提升的雙效協同機制：LDED微觀組織的細化促進了富Cr鈍化膜的快速形成，高CRS增強了該鈍化膜的化學穩定性與抗破裂能力，二者結合賦予了EHEA在海洋環境下優異的耐腐蝕性能。

圖形摘要

AlCoCrFeNi2.1EHEA粉末預合金表征：(a)掃描電鏡(SEM)形貌；(b)粒徑分布；(c) 能譜(EDS)元素分布；(d) LDED示意圖

鑄態樣品(a)和不同VED的LDED樣品(b-e)的電子背散射衍射(EBSD)結果：(a1-e1)相圖；（a2-e2)反極圖(IPF)圖；(a3-e3) 平均取向差(KAM)圖

鑄態樣品和VED 218樣品的透射電鏡(TEM)表征結果：(a1, b1) FCC和BCC片層的明場像；(a2-a3, b2-b3) FCC與BCC相對應的衍射斑點；(a4-a5, b4-b5) FCC與BCC相的EDS圖譜

室溫下鑄態樣品和LDED樣品在0.6 M NaCl溶液中的電化學測試結果：(a) 動電位極化曲線；(b)Nyquist圖；(c) Bode圖；(d) 等效電路圖

恒電位極化后鑄態樣品和LDED樣品鈍化膜的Mott-Schottky圖

鑄態樣品和LDED樣品鈍化膜 (a) Al2p，(b) Cr2p3/2，(c) Fe2p3/2的XPS光譜：(a1-c1) Cast；(a2-c2) VED 182；(a3-c3) VED 218；(a4-c4) VED 255；(a5-c5) VED 290

EHEA鈍化膜中的陽離子組分：(a) Cast；(b) VED 182；(c) VED 218；(d) VED 255；(e) VED 290

(a)鑄態樣品和(b) VED 218樣品的掃描開爾文探針力顯微鏡(SKPFM)圖像：(a1, b1)形貌圖；(a2, b2)電勢圖

(a)鑄態樣品和(b) LDED樣品在0.6 M NaCl溶液中的腐蝕機理示意圖

(a) 基于納米壓痕測定不同VED下增材制造EHEA樣品的殘余應力；(b) 鈍化膜極化電阻隨殘余應力的函數；(c) Al、Cr和Fe的氧化物與氫氧化物的比值與殘余應力的關系；(d) 供體密度與殘余應力的函數關系

(a)低CRS樣品和(b)高CRS樣品在0.6 M NaCl溶液中的腐蝕機理示意圖

4.總結與展望

本研究采用LDED技術成功制備了 AlCoCrFeNi2.1 EHEA。通過調節VED實現了合金微觀結構與殘余應力的精準調控，并深入探究了其在 0.6 M NaCl 溶液中的腐蝕機制。主要研究結論總結如下：

(1) LDED工藝顯著細化了共晶高熵合金的層片結構與析出相。隨著VED的增加，FCC相的體積分數逐漸升高，且樣品的殘余應力呈現出先增大后減小的演變趨勢，其中VED為218 J·mm-3的樣品表現出最高的CRS；

(2) LDED制備樣品的耐腐蝕性能顯著優于傳統鑄態樣品。這主要歸因于LDED樣品BCC相內部析出了細小且彌散的富Cr相，有效降低了FCC相與BCC相之間的電化學電勢差，從而抑制了微電偶腐蝕；

(3) 隨著VED的增加，LDED制備樣品的耐腐蝕性能呈現出非單調的變化趨勢，這與內部殘余應力的演變規律吻合。研究證實，較高的CRS與鈍化膜中載流子濃度的降低密切相關，并伴隨著點蝕電位與極化電阻的提升；

(4) LDED制備的共晶高熵合金耐腐蝕性能的提升，本質上源于微觀結構細化與CRS的協同作用。微觀組織的細化促進了致密富Cr鈍化膜的快速形成，而引入的CRS則有效穩定了該鈍化層并抑制了內部缺陷的萌生。

5.作者介紹

通訊作者：黃永江，哈爾濱工業大學教授，工學博士，博士生導師，英國皇家學會牛頓學者，黑龍江省高層次人才，中國金屬學會非晶合金分會委員，全國重點實驗室副主任，中國熱處理行業協會汽車鋼分會副理事長。主要從事新型航天金屬材料的增材/增減材智能制造、亞穩金屬材料（包括非晶合金及其復合材料、輕合金、高熵合金等）、凝固理論及鑄造裝備等方向研究工作。獲黑龍江省科技進步二等獎一項，黑龍江省自然科學二等獎一項，黑龍江省高校自然科學一等獎和二等獎各一項。在Advanced Materials、Acta Materialia、International Journal of Plasticity、Corrosion Science等國際著名學術雜志上發表SCI收錄論文270余篇，被Science等權威雜志引用7950次（單篇最高SCI引用280余次），ESI高被引6篇，3篇入選封面論文，1篇論文入選中國知網高影響力論文，1篇論文入選Rare Metals雜志年度最佳論文，H因子45，申請國家發明專利82項，授權55項，擔任8個國際期刊副主編/編委/青年編委。

第一作者：狄婧，哈爾濱工業大學博士生，主要從事共晶高熵合金的增材制造及極端環境服役行為研究，參與哈爾濱工業大學空間環境與物質作用全國重點實驗室開放課題。

6.引用本文

Jing Di, Yang Lv, ZiJian Cheng, ZeHao Li, Yonghui Wang, TianXu Zhao, ZhiLiang Ning, Yanming Zhang, JianFei Sun, YongJiang Huang*. Improved corrosion resistance of laser directed energy deposited AlCoCrFeNi2.1 eutectic high-entropy alloy via microstructure and residual stress control, Corrosion Science 2026, 266: 113836

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2026.113836

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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