该文章标题为《Application of alloying for enhancing the corrosion resistance of titanium alloys: a review》，主要作者包括An Li、Qi Wang、Ruirun Chen、Xin Ding、Yanqing Su和Hengzhi Fu，隶属于哈尔滨工业大学金属精密热加工国家重点实验室，文章发表于Materials Today Communications期刊，在线发布日期为2024年11月28日。
钛合金因其高比强度、优异的耐腐蚀性能和良好的生物相容性，广泛应用于航空航天、海洋工程、化工和医疗领域。然而，随着使用环境的复杂化（如深海环境处的腐蚀离子和高静水压力），对钛合金的耐腐蚀性能提出了更高要求。钛合金表面产生的致密氧化膜能够抵抗腐蚀介质的侵蚀，但在强还原酸环境下（如硫酸和盐酸），氧化膜可能被破坏，进一步降低耐腐蚀性能。因此，研究如何通过合金化手段提升钛合金的耐腐蚀性能具有重要意义。
文章以综述的形式全面探讨了通过合金化手段改善钛合金耐腐蚀性能的机制、影响合金元素选择的因素及未来研究方向，同时对钛合金表面被动膜的形成、稳定性和对耐腐蚀性能的作用进行了系统分析。
文章重点从以下几个方面讨论了合金化对钛合金耐腐蚀性能的作用机制：
合金化添加元素能够通过晶粒细化和相变增强钛合金的耐腐蚀性能： - 一些合金元素（如Cr、Sc）能够通过细化晶粒改善耐腐蚀性。研究中Ralson公式揭示了腐蚀速率与晶粒大小的关系，表明通过减少晶粒尺寸可显著降低腐蚀速率。 - 添加Cr有助于降低β→α相变温度，加速α相的生长，并细化整体微观组织结构。在某些实验中，Cr还形成了Cr2O3氧化膜，进一步增强了抗腐蚀性能。 - Sc则通过生成Sc2O3粒子调节析出，从而抑制晶粒粗化，同时提高腐蚀氧化膜的稳定性。
合金化可能通过引入新相（如TiC或合金氧化物）改善钛合金的耐腐蚀性能： - 添加C会导致钛合金中形成不同类型的碳化钛（TiC），包括一次等轴TiC、共晶TiC和短棒状TiC颗粒，这些TiC相的产生提升了合金耐腐蚀能力。 - Nb、Ta等元素生成新氧化物（如Nb2O5、Ta2O5），这些氧化物可与TiO2氧化膜协同作用，提升被动膜的稳定性。
钛合金表面的被动膜是钛及其合金耐腐蚀性能的关键，文章从被动膜增强的角度详细分析了合金元素的作用： - Nb的加入能够增加被动膜中O2-的浓度，从而减少阴离子空位的数量，抑制腐蚀介质的扩散，增强被动膜的抗腐蚀能力。 - Zr通过生成ZrO2氧化物提升被动膜的整体稳定性，同时延缓氧化膜的溶解速率。 - Ta元素对钛基体中的β相具有稳定作用，同时Ta2O5氧化膜与TiO2复合膜协同，表现出显著的抗腐蚀效果。
文章系统整理了多种合金元素的影响，包括正面和负面作用：
文章展望了未来的发展方向，提出以下重要建议： - 整合人工智能技术：未来的材料研究将更多依赖于人工智能和第一性原理计算以优化合金配方，开发新型耐腐蚀钛合金。例如采用机器学习模型（如Cambridge Sequential Total Energy Package）进行材料的晶体结构预测和性能计算。 - 模拟实际服役环境：现有的许多实验在静态腐蚀环境下进行，未能全面模拟深海高压等复杂工况条件。建议未来研究应该在高静水压力条件下深入探讨合金性能。 - 关注生物医学领域的特殊需求：针对医学钛合金，合金化时需避开如Cr、V等生物毒性元素，引入更多具备抗菌性且兼具生物相容性的合金元素（如Cu的低浓度应用）。
本文为钛合金耐腐蚀合金化研究提供了系统的理论和实验总结，为该领域研究者提供了清晰的指导。通过对影响钛合金耐腐蚀性能的合金元素分类和讨论，多方面剖析其在不同环境中的行为，明确其优化方向，同时为合金化在生物医学、深海工程、航空航天等特殊领域的应用提供了参考。未来，通过强化实验设计和整合计算工具，将进一步推动钛合金在严苛工况下的广泛应用。