【论文报道】恭喜李福山老师博士生黎文强在Materials (IF=3.1)上发表论文！

供稿人：杜振玉

论文题目：Effect of Si Addition on Structure and Corrosion Resistance of FeCoNiCr High-Entropy Alloy Coating

论文作者：Wenqiang Li(黎文强), Jie Lian, Dengfeng Wang, Suo Zhang**, Chengfu Han, Zhenyu Du and Fushan Li*

期刊：Materials 2025, 18, 72

DOI：https://doi.org/10.3390/ma18010072

【研究背景】

       高熵合金（HEAs）利用构型熵优势，突破了传统合金设计理念，具有高硬度、耐磨性、抗腐蚀性、热稳定性和抗辐照性等优异性能。然而，其广泛应用受限于昂贵元素（如铌、钒、钨等）和高成本生产工艺（如铸造）。基于面心立方（FCC）结构的FeCoNiCr中熵合金（MEAs）涂层在抗侵蚀和抗腐蚀应用中表现优异，但其硬度和强度有时不足。研究表明，Si、Cr等元素可以通过促进钝化膜形成以提高抗腐蚀性能，并且可以Si元素的添加可以促进固溶强化、晶粒细化来提高材料强度。本研究通过激光熔覆在Q235钢上制备Fe₆₀Co_10−xNi₁₅Cr₁₅Si_x（x = 0、4、8）涂层，旨在开发低成本、高耐腐蚀的高熵合金涂层，推动其实际应用。

【成果速览】

      通过气溶胶法成功制备了Fe₆₀Co_10−xNi₁₅Cr₁₅Si_x（x = 0、4、8）粉末，并通过激光熔覆在Q235钢上制备了高熵合金涂层。使用SEM、XRD对涂层的微观结构和相组成进行了分析。通过电化学分析和开尔文探针场效应微分电位测量法评估了耐腐蚀性和电位。

      研究结果：Fe₆₀Co_10−xNi₁₅Cr₁₅Si_x（x = 0、4、8）高熵合金涂层表现出优异的冶金结合，没有可见的孔隙或裂纹。涂层主要由面心立方（FCC）结构组成，随着Si含量的增加，结构转变FCC+BCC双相结构。同时Si的添加还细化了合金体系中的晶粒尺寸。电化学分析显示，Si0 和 Si4 涂层表现出相似的腐蚀行为，而 Si8 涂层的腐蚀电位显著下降，表明其耐腐蚀性降低。随着 Si 含量的增加，晶粒细化导致更多的晶界，并且由于Si的耐腐蚀性能低于Co，因此其涂层的耐腐蚀性能有所下降。综合考虑成本和耐腐蚀性两方面因素，Si含量为4 at% 时，涂层在成本较低的同时还具有出色的耐腐蚀性，实现了成本与耐腐蚀性的良好平衡。

【数据概括】

图1：Si0、Si4和Si8高熵合金粉末的SEM图

图2：Si0、Si4和Si8高熵合金粉末的XRD图

图3：Si0、Si4和Si8高熵合金涂层的简化截面图以及光学截面图

图4：Si0、Si4和Si8高熵合金涂层的XRD图

图5：Si0、Si4和Si8高熵合金涂层的EBSD图

图6：Si0、Si4和Si8高熵合金涂层的截面SEM及EDS线扫图

图7：Si0、Si4和Si8高熵合金涂层和基体界面EBSD图

图8：Si0、Si4和Si8高熵合金涂层到基体硬度分布图

图9：Si0、Si4和Si8高熵合金涂层在3.5 wt% NaCl溶液中的Tafel图

图10：Si0、Si4高熵合金涂层表面形貌以及KPFM图

图11：Si0、Si4高熵合金涂层腐蚀后表面形貌以及线扫图

【结论展望】

      Fe₆₀Co_10−xNi₁₅Cr₁₅Si_x（x = 0、4、8）高熵合金涂层表现出优异的冶金结合性能，未观察到明显的孔隙或裂纹。涂层主要由面心立方（FCC）结构组成，随着 Si 含量的增加，结构逐渐转变为 FCC + BCC 双相结构。Si在晶界处富集，抑制了晶粒生长细化了合金体系中的晶粒尺寸。电化学分析表明，Si0 和 Si4 涂层表现出相似的腐蚀行为，而 Si8 涂层的腐蚀电位显著下降。综合考虑成本和耐腐蚀性两方面因素，Si 含量为 4 at% 时，涂层在保持较低成本的同时展现出优异的耐腐蚀性，实现了成本与耐腐蚀性的良好平衡。