Corrosion Resistance of GdTbDyHoSc and GdTbDyHoY High-Entropy Rare-Earth Alloys with Protective Coatings

B. R. Gelchinskiy; Гельчинский Б. Р.; E. V. Ignatieva; Игнатьева Е. В.; S. A. Petrova; Петрова С. А.; O. A. Korolev; Королёв О. А.; A. V. Varaksin; Вараксин А. В.; I. S. Sipatov; Сипатов И. С.; N. I. Ilinykh; Ильиных Н. И.; A. A. Rempel; Ремпель А. А.

doi:10.31857/S0002337X23070059

Corrosion Resistance of GdTbDyHoSc and GdTbDyHoY High-Entropy Rare-Earth Alloys with Protective Coatings

Authors: Gelchinskiy B.R.¹, Ignatieva E.V.¹, Petrova S.A.², Korolev O.A.¹, Varaksin A.V.³, Sipatov I.S.¹, Ilinykh N.I.², Rempel A.A.⁴
Affiliations:
1. Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
2. Institute of Metallurgy, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
3. Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the RAS
4. Institute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 59, No 7 (2023)
Pages: 750-758
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/231877
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23070059
EDN: https://elibrary.ru/VFCNXS
ID: 231877

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

We have studied for the first time the feasibility of using Al2O3 and Al : Zn (1 : 1) coatings produced by supersonic plasma spraying for protecting GdTbDyHoSc and GdTbDyHoY high-entropy rare-earth (RE) alloys from corrosion in a salt-fog chamber. The results demonstrate that, under salt fog conditions, Al2O3 coatings break down through local surface activation, resulting in pitting corrosion, with a considerable fraction of the coating on the main material remaining intact. The alloys coated with Al : Zn (1 : 1) exhibit lower corrosion resistance under salt fog conditions as a consequence of electrochemical corrosion. Interaction of Al2O3 with NaCl limits the suitability of such coatings for protecting high-entropy RE alloys under salt fog conditions. Limitations refer to the specimen test time and coating thickness.

Keywords

high-entropy alloys, rare-earth metals, salt-fog chamber, protective coatings, supersonic plasma spraying

Academician of the RAS

Russian Federation, 620016, Yekaterinburg, Russia

References

Гельчинский Б.Р., Балякин И.А., Юрьев А.А., Ремпель А.А. Высокоэнтропийные сплавы: исследование свойств и перспективы применения в качестве защитных покрытий // Успехи химии. 2022. Т. 91. С. RCR5023. https://doi.org/10.1070/RCR5023
Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // Физ. мет. металловед. 2020. Т. 121. № 8. С. 807–841. https://doi.org/10.31857/S0015323020080094
Gelchinski B.R., Balyakin I.A., Ilinykh N.I., Rempel A.A. Analysis of the Probability of Synthesizing High-Entropy Alloys in the Systems Ti–Zr–Hf–V–Nb, Gd–Ti–Zr–Nb–Al, and Zr–Hf–V–Nb–Ni // Phys. Mesomech. 2021. V. 24. № 6. P. 701–706. https://doi.org/10.1134/S1029959921060084
Chen T.K., Shun T.T., Yeh J.-W., Wong M.S. Nanostructured Nitride Films of Multi-Element High-Entropy Alloys by Reactive DC Sputtering // Surf. Coat. Technol. 2004. V. 188–189. P. 193–200. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.08.023
Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., Lu Z.P. Microstructures and Properties of High-Entropy Alloys // Prog. Mater. Sci. 2014. V. 61. P. 1–93. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001
Takeuchi K., Amiya T., Wada K., Yubuta W., Zhang W. High-Entropy Alloys with a Hexagonal Close-Packed Structure Designed by Equi-Atomic Alloy Strategy and Binary Phase Diagrams // JOM. 2014. V. 66. P. 1984–1992. https://doi.org/10.1007/s11837-014-1085-x
Chang C.-H., Titus M.S., Yeh J.-W. Oxidation Behavior between 700 and 1300°C of Refractory TiZrNbHfTa High-Entropy Alloys Containing Aluminum. // Adv. Eng. Mater. 2018. V. 20. P. 1700948. https://doi.org/10.1002/adem.201700948
Батаева З.Б., Руктуев А.А., Иванов И.В., Юргин А.Б., Батаев И.А. Обзор исследований сплавов, разработанных на основе энтропийного подхода // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. № 2. С. 116–146. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2021-23.2-116-146
Рыльцев Р.Е., Эстемирова С.Х., Ягодин Д.А., Стерхов Е.В., Упоров С.А. Структура, термическая стабильность и транспортные свойства жаропрочного высокоэнтропийного сплава ZrTiIHfNb // ФТТ. 2021. Т. 63. № 12. С. 1974–1977.
Упоров С.А., Эстемирова С.Х., Стерхов Е.В., Зайцева П.В., Скрыльник М.Ю., Шуняев К.Ю., Ремпель А.А. Особенности кристаллизации, структуры и термической стабильности высокоэнтропийных сплавов GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY // Расплавы. 2022. № 5. С. 443–453. https://doi.org/10.31857/S0235010622050097
Gates-Rector S., Blanton T. The Powder Diffraction File: A Quality Materials Characterization Database // Powder Diffr. 2019. V. 34. № 4. P. 352–360. https://doi.org/10.1017/S0885715619000812
Rietveld H.M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures // J. Appl. Crystallogr. 1969. № 2. P. 65–71. https://doi.org/10.1107/S0021889869006558
Ilinykh S.A., Sarsadskih K.I., Chusov S.A., Korolev O.A., Achmetshin S.M., Krashaninin V.A. The Study of Powder Coatings Based on Al and Ni, Obtained by Supersonic Plasma Spraying // J. Phys. Conf. Ser. 2019. V. 1281. P. 012027. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1281/1/012027
Ильиных С.А., Криворогова А.С., Ильиных Н.И., Долматов А.В., Гельчинский Б.Р., Леонтьев Л.И. Упрочнение деталей машин и механизмов, изготовленных из алюминиевых сплавов, методом сверхзвукового плазменного напыления // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка. Материалы 14-й Международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию порошковой металлургии Беларуси. Минск, 2020. С. 473–479.
Ilinykh S.A., Krashaninin V.A., Ilinykh N.I., Leontiev L.I. Modification of the Surface of Structural Materials by Concentrated Energy Flows in order to Improve their Performance Properties // Key Eng. Mater. 2022. V. 910. P. 507–513. https://www.scientific.net/KEM.910.507
Spedding F.H., Sanden B., Beaudry B.J. The Er–Y, Tb–Ho, Tb–Er, Dy–Ho, Dy–Er and Ho–Er Phase Systems // J. Less-Common Met. 1973. V. 31. P. l–13.
Осипов К.А., Галкин Б.Д., Уразалиев У.С. Электронографическое исследование структуры пленок системы окись алюминия–вольфрам // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1973. Т. 9. № 10. С. 1738–1740.
Гемпел К.А. Справочник по редким металлам; пер. с англ. М.: Мир, 1965. 946 с.