چکیده: پوشش آلیاژی آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5 با موفقیت روی میله آلیاژ زیرکونیوم توسط تکنولوژی روکش لیزری با سرعت فوق العاده بالا. این پوشش دارای پیوند متالورژیکی خوبی با بستر است و هیچ گونه نقصی مانند ترک و منافذ ندارد. مورفولوژی و طیف انرژی پوشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی آنالیز شد و سختی و مقاومت به خوردگی پوشش توسط سختی سنج میکرو ویکرز و ایستگاه کاری الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که انتشار متقابل عناصر بین کف پوشش و بستر وجود دارد، ناحیه تحت تأثیر حرارت حدود 86 میکرومتر عرض دارد و کریستال‌های ستونی در حال رشد عمودی را می‌توان در فصل مشترک آن مشاهده کرد. ساختار پوشش عمدتا از ناحیه دندریت خاکستری سیاه و منطقه بین دندریتی خاکستری سفید تشکیل شده است. پوشش دارای ترکیب یکنواخت است و سختی آن می تواند تا 690 HV برسد. تقویت محلول جامد منحصر به فرد، اعوجاج شبکه و اثر انتشار آهسته آلیاژ آنتروپی بالا از دلایل اصلی سختی بالای آن است. چگالی جریان خود خوردگی پوشش 6.241×10-8 A/cm2، مقاومت پلاریزاسیون 1.181×106 Ω/cm2 و امپدانس 2.326×106 Ω/cm2 است. پوشش آلیاژ آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5 مقاومت در برابر خوردگی بستر آلیاژ زیرکونیوم را بهبود می بخشد.
کلمات کلیدی: روکش لیزری; پوشش آلیاژ آنتروپی بالا؛ مقاومت در برابر خوردگی

آلیاژ زیرکونیوم به دلیل مزایایی مانند عملکرد پردازش خوب، مقاومت در برابر خوردگی بالا، استحکام مکانیکی بالا و نرخ جذب نوترون حرارتی پایین، اغلب به عنوان یک ماده روکش برای سوخت هسته‌ای استفاده می‌شود [1]. در چند دهه گذشته، روکش آلیاژ زیرکونیوم به طور موفقیت آمیزی در راکتورهای آب سبک (LWR) مورد استفاده قرار گرفته است و مقاومت در برابر تشعشع و مقاومت در برابر خوردگی خوبی از خود نشان داده است. با این حال، روکش‌های آلیاژ زیرکونیوم با آب در دماهای بالا واکنش می‌دهند تا سرعت جذب هیدروژن پوشش سوخت را تسریع کند و باعث شکنندگی هیدروژن و حتی «انفجار هیدروژن» شود که یکی از دلایل اصلی حوادث بزرگ در نیروگاه‌های هسته‌ای است.

در حال حاضر، روکش سنتی آلیاژ زیرکونیوم دیگر نمی تواند الزامات عناصر سوخت هسته ای راکتور نسل چهارم را برآورده کند. با توجه به خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی ضعیف روکش فلزی زیرکونیوم موجود در از دست دادن حوادث خنک کننده و فراتر از تصادفات مبتنی بر طراحی، در حال حاضر دو راه حل اصلی وجود دارد: 1) تحقیق و توسعه مواد روکش جدید، مانند روکش فولاد ضد زنگ، روکش سرامیکی، روکش فلزی نسوز و غیره، مانند مواد FeCrAl[2-3]، Mo[4-5]، MAX فاز[6] و سرامیک کامپوزیت سیلیکون کاربید تقویت شده با الیاف کاربید سیلیکون (SiCf/SiC) [1] با مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون. 2) پوشش تقویت کننده پوشش سطح، که می تواند به طور مستقیم مواد FeCrAl، MAX فاز و کاربید سیلیکون را روی سطح آلیاژ زیرکونیوم بپوشاند، به طوری که این پوشش ها دارای مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون هستند. طبق آخرین نتایج تحقیقات در داخل و خارج از کشور، مواد کامپوزیت سرامیکی کاربید سیلیکون عملکرد بسیار خوبی دارند و می‌توانند مستقیماً روی سطح روکش فلزی اعمال شوند، اما هنوز موانع فنی در آماده‌سازی مواد و فرآیند جوش وجود دارد. خواص مکانیکی با دمای بالا روکش فلزی آلیاژ Mo بسیار خوب است، اما به راحتی توسط بخار آب در دمای بالا اکسید می شود و نرخ جذب نوترون روکش فلزی آلیاژ Mo بالا است و بازده اقتصادی ضعیفی دارد. روکش FeCrAl دارای مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون قوی در دمای بالا است و همچنین دارای مقاومت در برابر تشعشع است که می تواند الزامات عملکرد مواد مقاوم در برابر تصادف را برآورده کند، اما فرآیند آماده سازی نسبتاً پیچیده است و هزینه آن بالا است [7-9]. تحقیق در مورد مواد روکش جدید نیاز به زمان طولانی اکتشاف دارد و نیازهای بالایی برای عملکرد مواد، فرآیند آماده سازی و محیط آزمایشی پیچیده دارد. همچنین باید عوامل اقتصادی را در نظر گرفت. با توجه به ترکیب فعلی و طراحی ساختاری پوشش، روش‌های آماده‌سازی و توصیف، تهیه پوشش روی سطح لوله روکش فلزی زیرکونیوم سوخت هسته‌ای این مزیت را دارد که واکنش هسته‌ای و شرایط عملیاتی راکتور را تغییر نمی‌دهد. امکان سنجی فنی و اقتصادی آن محتمل ترین راه موثر برای بهبود تحمل تصادف لوله پوشش سوخت در مدت زمان کوتاه است.

آلیاژ آنتروپی بالا نوع جدیدی از مواد آلیاژی چند اصلی است که از 5 یا بیشتر عنصر در نسبت هممولار یا نسبت تقریباً هم مولار تشکیل شده است. به دلیل طراحی ترکیب منحصر به فرد و خواص مکانیکی جامع عالی، توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. از زمانی که در سال 2004 پیشنهاد شد، تعداد مقالات تحقیقاتی مرتبط از ده ها به ده ها هزار افزایش یافته است و مطالعات نظری مختلف و ترکیبات آلیاژی جدید در حال افزایش است. آلیاژ آنتروپی بالا، شیشه فلزی حجیم و فلز لاستیکی به عنوان سه آلیاژ امیدوارکننده در دهه های اخیر در نظر گرفته می شوند [10]. بنابراین، آلیاژ آنتروپی بالا دارای ارزش تحقیقاتی آکادمیک و پتانسیل کاربرد صنعتی بالایی است و پوشش آلیاژ آنتروپی بالا به طور گسترده در سطح قطعات و اجزای مختلف استفاده می شود. تکنولوژی روکش لیزری در حال حاضر یکی از متداول ترین روش ها برای تهیه پوشش آلیاژی با آنتروپی بالا می باشد. اگرچه مطالعات زیادی در مورد پوشش آلیاژی با آنتروپی بالا وجود دارد، به دلیل الزامات ویژه روکش سوخت هسته ای برای مقاومت در برابر اکسیداسیون بخار آب در دمای بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی و سطح مقطع جذب نوترون حرارتی، هنوز تحقیقات کمی در مورد کاربرد آلیاژ آنتروپی بالا وجود دارد. پوشش در تحمل تصادف روکش سوخت هسته ای

بر اساس حفاظت از روکش آلیاژ زیرکونیوم، این مقاله Al، Cr، Fe، Ni، و Cu، پنج عنصر مقطعی با جذب نوترون حرارتی پایین را به عنوان اجزای پوشش‌های آلیاژ آنتروپی بالا برای تحقیقات طراحی انتخاب می‌کند. فناوری روکش لیزری با سرعت فوق العاده بالا برای تهیه پوشش های آلیاژ آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5 بر روی سطح آلیاژ زیرکونیوم استفاده می شود و ریزساختار و مقاومت در برابر خوردگی پوشش ها تجزیه و تحلیل و بررسی می شود.

1 آزمایش و روش

1.1 تهیه پودر و پوشش

مواد اولیه مورد استفاده در آزمایش تمام پودرهای فلزی هستند: پودر آل، پودر کروم، پودر آهن، پودر نیکل، پودر مس (محتوای 99.95 ≥٪، اندازه ذرات <50 میکرومتر)، همه پودرها از شرکت Tianjin Haoknas Alloy Welding Material Co. پودر توسط آسیاب گلوله ای با انرژی بالا تهیه شده است که عمدتاً به سه مرحله تقسیم می شود: 1) پودر اصلی و توپ های آسیاب را وزن کنید. ابتدا 1 مول پودر آلیاژ Al0.2CrFeNiCu1.5 را وزن کنید. پودر آل، پودر کروم، پودر آهن، پودر نیکل و پودر مس با نسبت مولی 0.2:1:1:1:1.5 وزن شدند. جرم پودرها پس از توزین عبارت بودند از: پودر آل 5.39/52.00 گرم، پودر کروم 55.85/58.69 گرم، پودر آهن 95.32/10 گرم، پودر نیکل 1/5 گرم و پودر مس 15/12 گرم. سپس توپ های آسیاب شده وزن شدند (نسبت توپ به ماده 10:8 بر وزن). به منظور افزایش تعداد برخورد موثر بین توپ های آسیاب و پودر در حین آسیاب توپی و تماس کامل تر توپ های آسیاب و پودر، 5 نوع توپ سنگ زنی فولادی ضد زنگ با قطر (φ = 2، 99.99، 5، 3) 4 میلی متر) در آزمایش انتخاب شدند. 300) کنسرو کردن پودرها و توپ های آسیاب. به منظور جلوگیری از اکسیداسیون پودرها در حین آسیاب گلوله ای، فرآیند کنسرو کردن در یک جعبه دستکش پر از آرگون (30٪) انجام شد. پودرها و وزن 15 نوع توپ سنگ زنی فولاد ضد زنگ با قطرهای مختلف در یک شیشه فرز گلوله ای فولاد ضد زنگ قرار داده شده و مهر و موم شدند. 50) آسیاب گلوله ای. یک آسیاب گلوله ای سیاره ای با برد کامل (QXQM-XNUMX، چین) برای آسیاب گلوله ای استفاده شد. سرعت XNUMX دور در دقیقه و زمان آسیاب توپ XNUMX ساعت بود. به منظور برآوردن نیازهای اندازه ذرات پودرهای روکش لیزری، پودرها پس از آسیاب گلوله ای الک شدند و پودرهای بین XNUMX تا XNUMX میکرومتر جمع آوری، خشک و در کیسه های مهر و موم شدند.

پودر آلیاژ با آنتروپی بالا آسیاب شده با گلوله در اجاق خشک کن خلاء (DZF-6090AB، چین) در دمای 100 درجه سانتیگراد به مدت 6 ساعت قرار داده شد و سپس در بشکه تغذیه روکش لیزری برای استفاده آماده به کار قرار گرفت. یک میله آلیاژ زیرکونیوم φ45 میلی متر به عنوان بستر انتخاب شد. ترکیب میله آلیاژ زیرکونیوم در جدول 1 آمده است. قبل از استفاده صیقل داده شد و از استون برای از بین بردن ناخالصی ها و لکه های روغن روی سطح استفاده شد. میله آلیاژ زیرکونیوم خشک شده بر روی یک تراش روکش لیزری قرار داده شد. آرگون به عنوان اتمسفر محافظ برای تهیه پوشش آلیاژ Al0.2CrFeNiCu1.5 روی میله آلیاژ زیرکونیوم استفاده شد. با تغییر پارامترهایی مانند توان و سرعت اسکن در حین روکش، یک پوشش کامپوزیت آلیاژی با آنتروپی بالا با اتصال خوب با میله آلیاژ زیرکونیوم به دست آمد.

1.2 تست و خصوصیات

چندین بلوک نمونه از میله آلیاژ زیرکونیوم با پوشش آلیاژ آنتروپی بالا به روش برش سیمی بریده شد. سطح بالایی بلوک های نمونه آسیاب و صیقل داده شد. به منظور مشاهده ریزساختار آن، سطح صیقلی با اچانت اچ شد
(آکوا رژیا، زمان اچ 20 ثانیه بود) و با میکروسکوپ الکترونی روبشی (Regulus8100، Hitachi) با طیف‌سنج پراکنده انرژی مشاهده شد. سطح مقطع پوشش پس از سنگ زنی و پرداخت با دستگاه سختی سنج میکرو ویکرز (MH-6، چین) آزمایش شد. اندازه گیری از سطح بالایی پوشش تا زیرلایه به ترتیب انجام شد. پنج نقطه هر بار به صورت موازی با بار 1.96 نیوتن و زمان ماند 15 ثانیه آزمایش شدند. مقاومت به خوردگی پوشش با یک ایستگاه کاری الکتروشیمیایی (Gamry1010، چین) آزمایش شد. قبل از آزمایش، پنج سطح به جز پوشش پیچیده شد. یک سیستم باتری سه الکترودی استفاده شد که در آن الکترود پلاتین، محلول AgCl اشباع و نمونه به ترتیب به عنوان الکترود کمکی، الکترود مرجع و الکترود کار استفاده شد. نمونه ها به صورت الکتروشیمیایی در دمای اتاق، با محلول 3.5 درصد NaCl به عنوان الکترولیت (شبیه سازی مقاومت خوردگی در آب دریا)، و منحنی پلاریزاسیون پتانسیودینامیک پوشش در محدوده ولتاژ 1- تا 1 ولت و سرعت اسکن اندازه گیری شد. 0.5 میلی ولت بر ثانیه آزمایش طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در یک پتانسیل مدار باز پایدار، با محدوده فرکانس 0.01 تا 100 000 هرتز و دامنه ولتاژ 0.01 V انجام شد. نمونه‌ها سه بار به‌طور موازی تحت یک محیط آزمایش شدند.

2 نتایج و بحث

2.1 تجزیه و تحلیل ریزساختار پوشش

شکل 1a مورفولوژی سطح مقطع را در سطح مشترک بین پوشش و بستر آلیاژ زیرکونیوم پس از روکش لیزری نشان می دهد. مشاهده می شود که پیوند متالورژیکی خوبی بین پوشش و بستر آلیاژ زیرکونیوم وجود دارد و هیچ عیب و نقصی مانند ترک و منافذ وجود ندارد. به دلیل انرژی بالای لیزر در هنگام روکش، یک ناحیه متاثر از حرارت با عرض متوسط ​​حدود 86 میکرومتر بین پوشش و زیرلایه وجود دارد. تجزیه و تحلیل طیف انرژی سطح مشترک بین پوشش و منطقه متاثر از گرما انجام می شود. همانطور که در شکل 1b نشان داده شده است، انتشار متقابل عناصر بین بستر و پوشش وجود دارد. این به این دلیل است که انرژی لیزر بالا در حین روکش کاری اثر رقت خاصی بر روی پوشش و زیرلایه دارد [11]. با توجه به اختلاط آنتالپی بین عناصر، هرچه مقدار آنتالپی منفی تر باشد، ترکیب و انتشار برای این دو آسان تر است [12]. آنتالپی اختلاط بین هر عنصر و زیرکونیوم در جدول 2 [13] فهرست شده است. مشاهده می شود که ظرفیت انتشار عناصر در ماتریس آلیاژ زیرکونیوم عبارت است از: Cr, Cu, Fe, Al, Ni, بنابراین عناصر Ni و Al به سمت پایین منتشر می شوند در حالی که آنتالپی اختلاط Cr, Cu, Fe و Zr است. کوچک، انتشار آهسته است، و به راحتی در بالای منطقه تحت تأثیر گرما غنی می شود. در همان زمان، بلورهای ستونی در حال رشد عمودی را می توان در سطح مشترک بین پوشش و منطقه متاثر از گرما مشاهده کرد. مشخص است که ساختار انجماد آلیاژها عمدتاً به گرادیان دما (G) و سرعت انجماد (R) بستگی دارد و با G به عنوان نیروی محرکه، G/R بزرگتر معمولاً به احتمال زیاد بلورهای ستونی تشکیل می دهد، در حالی که G/R کوچکتر به احتمال زیاد بلورهای هم محور تشکیل می دهد [14]. در طول فرآیند روکش لیزری، اتلاف گرما در محل اتصال کف حوضچه مذاب و بستر سریعتر است و گرادیان دما بزرگتر است. از پایین حوضچه مذاب تا بالای پوشش، G/R به تدریج کاهش می یابد. بنابراین احتمال تشکیل کریستال های ستونی در پایین پوشش و بلورهای هم محور در قسمت های میانی و بالایی پوشش بیشتر است. مورفولوژی سطح مقطع قسمت های میانی و بالایی پوشش در شکل 2a نشان داده شده است و هیچ گونه نقصی مانند ترک وجود ندارد. هنگامی که بخشی از پوشش بزرگ می شود، مشاهده می شود که ساختار آن عمدتاً از دندریت های خاکستری سیاه و مناطق بین دندریتی خاکستری سفید تشکیل شده است. این عمدتاً به دلیل نیروهای مختلف پیوند بین اتم‌ها است که منجر به درجه خاصی از تفکیک بین عناصر موجود در آلیاژ می‌شود. تقویت محلول جامد یکی از چهار اثر عمده آلیاژهای آنتروپی بالا است. در فرآیند تشکیل محلول جامد، به دلیل تعداد زیاد عناصر تشکیل دهنده و انرژی زیاد اتصال بین عناصر مختلف، کل انرژی داخلی آلیاژ زیاد است. بنابراین، عناصر در محلول جامد برای کاهش انرژی داخلی جدا می شوند [15]. به طور کلی، هر چه آنتالپی اختلاط بین عناصر منفی‌تر باشد، تشکیل منطقه جداسازی عناصر ناهمگن آسان‌تر است. هر چه آنتالپی اختلاط مثبت‌تر باشد، احتمال دفع یکدیگر و تشکیل ناحیه جداسازی از عناصر همگن بیشتر است [13]. طبق جدول 2، آنتالپی اختلاط Ni و Al برابر 22- کیلوژول بر مول است، بنابراین این دو به راحتی با هم غنی می شوند تا فاز NiAl پایدار را تشکیل دهند. به طور مشابه، آهن و کروم به دلیل آنتالپی اختلاط منفی و الکترونگاتیوی قوی، به راحتی فازهای غنی شده با FeCr را تشکیل می دهند. آنتالپی اختلاط بین مس و سایر عناصر مثبت است و معمولاً هنگام تشکیل محلول جامد در مرز دانه غنی می شود. همانطور که در شکل 2b و 2c نشان داده شده است، ناحیه (b) در قاب سفید در قسمت بالایی پوشش در شکل 2a و ناحیه وسط پوشش (c) بزرگ شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. مشاهده می شود که پوشش از دندریت های خاکستری سیاه و مناطق بین دندریتی خاکستری سفید تشکیل شده است. اسکن آنها به طور جداگانه نشان می دهد که آهن و کروم در ناحیه دندریت، Al و Ni در ناحیه بین دندریتی و مس در حد فاصل بین دندریت ها و دندریت ها غنی شده اند که با نتایج تجزیه و تحلیل آنتالپی اختلاط فوق مطابقت دارد. شایان ذکر است که ناحیه همپوشانی ذوب مجدد پوشش را نیز می توان در شکل 2a مشاهده کرد، زیرا روکش روکش لیزری با سرعت فوق العاده بالا با همپوشانی به روش "دومینو" با نسبت روکشی تهیه شده است. تا 70 تا 90 درصد از آنجایی که این ناحیه چندین بار گرم می‌شود، گرادیان دما در اینجا کوچک است و معمولاً بلورهای هم‌محور تشکیل می‌شوند.

2.2 تجزیه و تحلیل سختی پوشش

شکل 3 توزیع سختی ویکرز میکروسکوپی را از بالای پوشش آلیاژ آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5 تا زیرلایه نشان می دهد. از بالا به پایین، آن را به منطقه پوشش، منطقه متاثر از گرما و منطقه بستر تقسیم می‌کند و سختی هر ناحیه کاملاً متفاوت است. نوسان کلی سختی در ناحیه پوشش زیاد نیست، که نشان می دهد ترکیب پوشش یکنواخت است. به دلیل اثر رقیق شدن روکش لیزری بر روی پوشش و بستر، سختی شروع به کاهش در ناحیه تحت تأثیر حرارت می کند. سختی پوشش به طور قابل توجهی بالاتر از زیرلایه است، تا 690 HV، که حدود 1.53 برابر زیرلایه است. سختی بالای پوشش به مکانیزم تقویت منحصر به فرد آلیاژهای آنتروپی بالا مربوط می شود. اول، تقویت محلول جامد مکانیسم اصلی تقویت آلیاژهای آنتروپی بالا است و پوشش حاصل به طور کلی دارای استحکام و سختی بالاتری است [16]. ثانیاً، به دلیل تفاوت زیاد در شعاع اتمی بین اجزای پوشش، ممکن است باعث ایجاد اعوجاج شبکه ای جدی، مانع حرکت نابجایی ها و در نتیجه تقویت پوشش شود. اثر انتشار آهسته آلیاژهای آنتروپی بالا از انتشار بین اتم ها جلوگیری می کند. هنگامی که سرعت انجماد بیشتر از سرعت انتشار بین اتم ها باشد، باعث تشکیل محلول جامد می شود [11]. علاوه بر این، ویژگی‌های گرمایش و خنک‌کننده سریع روکش لیزری با سرعت بالا، اثر انتشار آهسته را افزایش می‌دهد، ثبات ساختاری محلول جامد را افزایش می‌دهد و سختی پوشش را بهبود می‌بخشد.

2.3 تجزیه و تحلیل مقاومت در برابر خوردگی پوشش

به منظور بررسی مقاومت به خوردگی پوشش آلیاژی با آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5، از محلول 3.5 درصد NaCl برای آزمایش الکتروشیمیایی پوشش و بستر استفاده شد. شکل 4 منحنی پلاریزاسیون پتانسیودینامیک را نشان می دهد.

به طور کلی، مقاومت به خوردگی با پتانسیل خود خوردگی همبستگی مثبت و با چگالی جریان خود خوردگی همبستگی منفی دارد [17]. پتانسیل خود خوردگی پوشش در حدود 0.508/1.723- ولت است که در مقایسه با پتانسیل خود خوردگی زیرلایه 2.231/6.241- ولت در حدود 10/8 ولت جابجا شده است. چگالی جریان خودخوردگی پوشش 2×2-1 A/cmXNUMX است که XNUMX مرتبه قدر کمتر از زیرلایه است و نشان می دهد که پوشش مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به زیرلایه دارد. از روش برون یابی خطی تافل می توان برای به دست آوردن ثابت آند (βa) و ثابت کاتد (βc) منحنی پلاریزاسیون استفاده کرد و سپس مقاومت قطبش Rp پوشش را می توان بر اساس فرمول Stern-Geary محاسبه کرد: (XNUMX). .

جایی که Icorr چگالی جریان خود خوردگی است. پارامترهای الکتروشیمیایی محاسبه شده پوشش و زیرلایه در جدول 3 آورده شده است. با توجه به نتایج محاسباتی، مقاومت پلاریزاسیون پوشش 1.181×10'6Ω/cm2 است که بسیار بزرگتر از مقاومت پلاریزاسیون زیرلایه و 2 است. مرتبه های قدر بالاتر از سطح زیرلایه. یک ناحیه غیرفعال سازی نیز در منحنی پلاریزاسیون مشاهده می شود که نشان می دهد یک فیلم غیرفعال سازی روی سطح تشکیل شده است. هرچه ناحیه غیرفعال سازی گسترده تر باشد، مقاومت در برابر خوردگی پوشش بهتر است[18]. همانطور که از شکل 4 مشاهده می شود، پوشش دارای ناحیه غیرفعال سازی وسیع تری نسبت به بستر است که نشان می دهد مقاومت در برابر خوردگی آن بهتر است.

برای آشکار کردن بیشتر تفاوت در مقاومت به خوردگی بین پوشش و زیرلایه، آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی پوشش و زیرلایه انجام شد، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. طیف امپدانس معمولاً از یک حلقه خازنی و یک حلقه القایی تشکیل شده است. حلقه خازن مربوط به انتقال بار است و حلقه القایی عمدتاً به محصول خوردگی یا فیلم غیرفعال سازی روی سطح مربوط می شود[19]. پوشش عمدتاً ویژگی های یک حلقه خازنی را در محلول نشان می دهد و مقاومت به خوردگی پوشش با شعاع قوس خازنی در طیف امپدانس همبستگی مثبت دارد [20]. همانطور که در شکل 5 الف نشان داده شده است، شعاع قوس خازنی پوشش به طور قابل توجهی بزرگتر از زیرلایه است، که ثابت می کند که پوشش مقاومت به خوردگی خوبی دارد. نمودار Bode از یک منحنی مشخصه دامنه فرکانس (شکل 5b) و یک منحنی مشخصه فرکانس فاز (شکل 5c) تشکیل شده است. در شکل 5b، امپدانس پوشش بالاتر از سطح زیرلایه است، که نشان می دهد که پوشش مقاومت به خوردگی خوبی در محلول NaCl دارد. در منحنی مشخصه فرکانس فاز، مقدار پیک زاویه فاز مربوط به فیلم غیرفعال سازی پوشش است. هرچه مقدار پیک بزرگتر باشد، توانایی محافظتی فیلم غیرفعال قوی تر است. مقدار پیک زاویه فاز پوشش بالاتر از سطح زیرلایه است و مقدار پیک پوشش آلیاژ آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5 با زاویه فاز حدود 1 درجه، بیشترین مقدار را در حدود 86 هرتز دارد. امپدانس همچنین یک شاخص مهم برای مشخص کردن مقاومت به خوردگی پوشش است [21]. برازش مدار معادل منحنی امپدانس الکتروشیمیایی در شکل 5d نشان داده شده است، جایی که Rs مقاومت محلول، Rp مقاومت پلاریزاسیون، و CPE عنصر فاز ثابت است. پس از نصب، امپدانس پوشش 2.326×106 Ω/cm2 و امپدانس بستر 2.753×105 Ω/cm2 است که 1 مرتبه قدر بالاتر از زیرلایه است. نتایج تجزیه و تحلیل امپدانس الکتروشیمیایی جامع با نتیجه گیری منحنی پلاریزاسیون مطابقت دارد. پوشش آلیاژی با آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5 که توسط روکش لیزری با سرعت فوق العاده بالا تهیه شده است، مقاومت در برابر خوردگی عالی دارد.

نتیجه گیری 3

در این مقاله، پوشش آلیاژی با آنتروپی بالا Al0.2CrFeNiCu1.5 بدون هیچ نقصی مانند ترک و اتصال متالورژیکی خوب با بستر، با استفاده از فناوری روکش لیزری فوق‌العاده پرسرعت بر روی میله آلیاژ زیرکونیوم با موفقیت آماده شد. مورفولوژی ریزساختار، سختی و مقاومت به خوردگی پوشش مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج به شرح زیر بود.

1) ریزساختار پوشش عمدتاً از دندریت‌های خاکستری-سیاه و نواحی بین دندریتی خاکستری-سفید تشکیل شده است که در آن آهن و کروم در دندریت‌ها، Al و Ni در نواحی بین دندریتی غنی می‌شوند و مس عمدتاً در مناطق بین دندریتی غنی می‌شود. مرزهای دانه

2) سختی ویکرز میکروسکوپی پوشش تا 690 HV می باشد. تقویت محلول جامد، اعوجاج شبکه و اثر انتشار آهسته آلیاژ آنتروپی بالا از دلایل اصلی سختی بالای آن است.

3) در مقایسه با بستر آلیاژ زیرکونیوم، پوشش مقاومت در برابر خوردگی بهتری دارد. چگالی جریان خود خوردگی در محلول NaCl 3.5٪ 6.241 × 10-8 A / cm2 است، مقاومت قطبش 1.181 × 10'6 Ω / cm'2 است، شعاع قوس راکتانس خازنی بزرگ است، که ویژگی های خازنی را نشان می دهد. حلقه، و امپدانس 2.326×10'6 Ω/cm'2 است.