图片来源：非晶中国大数据中心

点蚀是制约海洋工程、石油化工等领域关键装备安全服役的核心腐蚀问题之一。传统耐蚀合金（如不锈钢、钛合金等）的耐点蚀性能经过长期优化已接近瓶颈，但在实际服役环境中仍常难以满足要求。高熵合金（HEAs）因其多主元固溶的结构特征，为耐蚀合金设计提供了全新平台。从钝化膜角度，高熵合金可在保持单相均匀结构的基础上大量添加耐蚀元素，且晶格畸变和局域化学复杂性可提供异质能量波动，促进钝化膜形核与生长。从蚀坑生长角度，高熵合金可突破传统合金中“溶解抑制元素”含量不足的限制，抑制亚稳点蚀向稳定点蚀转变。然而，当前耐蚀高熵合金的设计仍多沿用传统合金的单机制钝化策略，导致高熵合金与传统合金相比在耐蚀领域并未发挥出明显优势。

日前，中国科学院金属研究所王建强团队提出一种同时增强钝化膜稳定性与金属‑金属键能的新设计策略，旨在突破现有合金耐点蚀能力的极限。团队设计并制备了单相BCC结构的Ti46.1Zr23.1Nb15.4V15.4高熵合金，该合金在模拟海水溶液中的点蚀电位高达9.907VSCE。相关研究成果以“Ultra-high pitting resistance in high-entropy alloys by simultaneous enhancement of complex oxide stability and bond energy”为题在Journal of Materials Science & Technology上作为封面文章发表。

研究人员设计的新型单相BCC结构高熵合金Ti46.1Zr23.1Nb15.4V15.4在模拟海水溶液中的点蚀电位高达9.907VSCE，为迄今报道的合金最高值。合金在模拟海水溶液中浸泡8000小时（约333天）后阻抗模量仍稳定超过10⁵Ω cm²，表面无可见蚀坑，展现出优异的长期服役耐久性。研究团队突破了传统耐蚀合金依赖单一钝化机制的局限，创新性地提出“钝化膜稳定性与金属-金属键能协同增强”的双强化设计策略。微观机理表明：一方面，合金表面原位生成的钝化膜以Ti的氧化物为主导，并引入Nb、V高价阳离子掺杂，显著降低膜内施主缺陷密度，同时由于各组成元素氧化物晶格参数差异巨大，膜层始终保持非晶态结构，有效阻隔Cl⁻的渗的渗透与局部击穿，从而抑制点蚀萌生；另一方面，理论计算与原子尺度表征证实，合金中Nb-V键能高达−2.224eV，约为Ti-Ti键（−1.568eV）的1.42倍，这种强大的金属键合提升了原子溶解能垒，电流溶解密度大幅降低，无法达到维持稳定生长所需的临界扩散电流密度，阻止亚稳点蚀向稳定点蚀的转变。这两道防线在电位升高的过程中依次发挥主导作用：低电位下钝化膜保障界面完整性，高电位下强键能遏制坑生长，共同赋予了该合金超常的点蚀抗力。该工作不仅为高熵合金在严苛海洋环境中的工程应用奠定了基础，更为下一代高性能耐蚀材料的设计提供了“电子结构与界面化学双调控”的普适性新路径。

文章来源于材料科学和技术，编辑时有改动。

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https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.05.058