CoCrNi中熵合金/304不锈钢异质焊接接头的微观结构演变、力学性能与腐蚀行为研究

本文首次系统研究了CoCrNi中熵合金(MEA)与304不锈钢(SS)异质焊接接头的微观结构、力学性能和腐蚀行为。通过能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)技术，发现焊缝区形成均匀的非等原子比CoCrFeNiMn高熵合金(FCC相)，其屈服强度较CoCrNi MEA提升12%。电化学测试(OCP/EIS)表明焊缝区具有良好初始耐蚀性，但钝化膜不稳定性导致长期腐蚀速率高于母材。该研究为极端环境(如航空航天、核反应堆)用异质材料焊接提供了重要理论依据。

　　

研究亮点

本研究首次揭示了CoCrNi中熵合金/304SS异质焊接接头的三大核心特性：

1）通过钨极惰性气体保护焊(TIG)成功制备出无缺陷焊缝，能量色散谱(EDS)显示Fe元素从304SS向焊缝区显著扩散，形成化学均匀的CoCrFeNiMn高熵合金相(FCC)

2）力学测试呈现"强度-塑性双提升"现象：焊缝区屈服强度较CoCrNi MEA提高12%，断口呈现典型韧窝特征并伴随明显颈缩

3）电化学腐蚀测试发现有趣的双重特性：开路电位(OCP)显示焊缝具有最优初始耐蚀性，但电化学阻抗谱(EIS)揭示其钝化膜稳定性低于母材，长期浸泡后腐蚀速率反超

实验方法

采用真空电弧熔炼炉(VLF-150)制备等原子比CoCrNi中熵合金，与商用304不锈钢(成分：Fe 70-74wt%，Cr 18-20wt%，Ni 8-10.5wt%)进行自熔对接焊。使用配备能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)分析元素分布，电子背散射衍射(EBSD)解析晶体取向，X射线衍射(XRD)鉴定物相组成。力学性能通过显微硬度计和万能试验机评估，腐蚀行为采用三电极体系通过电化学工作站测试。

微观结构与物相分析

图1展示的界面结构犹如"元素鸡尾酒"：Fe像活跃的调酒师从304SS侧涌入焊缝，而Cr/Ni则像保守的品酒师保持梯度分布。这种不对称扩散造就了独特的成分梯度区(CGZ)，XRD证实焊缝区为单相FCC结构，晶粒尺寸呈现"三明治"式分布：焊缝中心区(20μm) > 304SS热影响区(15μm) > CoCrNi侧(8μm)。EBSD反极图显示焊缝区存在强<100>织构，这种晶体学取向如同为材料戴上了"机械性能面具"。

结论

本研究破解了异质焊接的"元素混搭密码"：

1）TIG焊接促使CoCrNi/304SS形成稳定的FCC固溶体，宛如金属界的"超级联姻"

2）力学性能上演"逆袭剧情"：焊缝区虽硬度垫底，却凭借细晶强化和位错增殖实现强度突破

3）腐蚀行为展现"双面人格"：初始阶段像防锈卫士，长期暴露后却变成"锈蚀叛徒"

这些发现为开发新一代核电-航空复合结构件提供了关键理论支撑，特别适用于同时要求高强度和耐腐蚀的极端环境应用。