氮化鈦涂層具有優(yōu)異的力學強度、化學穩(wěn)定性和耐磨損性,在多個領域具有應用價值。但是,氯離子易沿各類晶界入侵,導致氮化鈦涂層腐蝕加速甚至涂層結構失效。同時,氯離子在不同晶界上的穩(wěn)定性和擴散規(guī)律尚不清晰,制約了涂層精準設計和可控制備技術發(fā)展。

近日,中國科學院寧波材料技術與工程研究所聯(lián)合中國科學技術大學,探討了氮化鈦晶界的氯離子腐蝕問題。科研團隊通過第一性原理計算,剖析了氮化鈦涂層中多類型晶界(開放晶間界+緊致孿晶界)上氯離子的表面吸附和晶界擴散規(guī)律,及其對晶界氧化的依賴關系。理論計算揭示了腐蝕動力學速率背后決定性的“離子成鍵+晶格畸變”協(xié)同作用機理,并闡釋了不同實驗涂層上涉氯腐蝕速率差別達10⁸倍的原因。團隊進一步通過實驗可控制備出包含高密度孿晶界的多晶納米氮化鈦涂層,結合腐蝕測試實驗和微結構表征,證明了理論計算得到的表面吸附和晶界擴散規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了納米多晶涂層上“點蝕萌生+均勻腐蝕”的腐蝕失效機制,并在強酸條件下實現(xiàn)超高的抗腐蝕性能。

這一研究構建了晶界涉氯腐蝕動力學規(guī)律,揭示了相關的原子尺度機理,為新型氮化鈦基防護涂層研發(fā)提供了性能規(guī)律指導和科學依據。

相關研究成果發(fā)表在《材料學報》(Acta Materialia)上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

氮化鈦涂層多種晶界上氯離子的吸附穩(wěn)定性以及擴散規(guī)律的理論計算與實驗驗證