垃圾焚烧炉、生物质燃烧系统、化工装置及航空航天推进部件的服役环境中普遍同时存在碱金属氯化物与硫酸盐。高温下二者形成熔融盐膜，通过多种机制的耦合作用，会迅速破坏本应起保护作用的氧化膜，导致结构快速失效。施加防护涂层是出于成本及可行性方面的有效策略之一，其中激光定向能量沉积（L-DED）可获得致密涂层，尤为适合苛刻热腐蚀工况。传统合金设计通常依靠提高Cr含量形成致密Cr₂O₃膜来提升耐蚀性，但在富氯环境中碱金属氯化物会与Cr₂O₃反应生成挥发性或可溶性的六价铬酸盐（Cr⁶⁺），使Cr基保护失效；相比之下Al₂O₃对氯致退化的敏感性更低，而混合熔盐中的硫酸盐化学又会改变保护性氧化物的溶解度与稳定性。兼具较高Al、Cr含量的AlCoCrFeNi_2.1系高熵合金因此被视为极佳的候选体系之一。

针对这一痛点，近日，西安交通大学联合南洋理工大学等单位的研究团队采用激光定向能量沉积（L-DED）技术在304不锈钢表面制备出Al_xCoCrFeNi_2.1（x=1.0-1.8）系列高熵合金涂层，并在75 wt.% KCl–25 wt.% Na₂SO₄混合熔盐、650 ℃条件下循环考核168 h，发现涂层抗热腐蚀性能随Al含量呈非单调变化，先恶化后改善：Al_1.8涂层的质量增益最低，仅为31.04 mg·cm^-2，分别比裸304不锈钢和Inconel 625低63.6%和11.9%；内腐蚀深度仅24.1μm，较Al_1.0涂层降低69.05%，且全程保持单段近抛物线动力学特征。目前这一成果以“Effect of Al on microstructural evolution and hot corrosion behavior of Al_xCoCrFeNi_2.1 high-entropy alloy coatings fabricated using laser directed energy deposition”为题发表于材料领域的国际期刊《Acta Materialia》上。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122739

团队通过L-DED在304不锈钢基体上制备了x=1.0-1.8共七个成分的Al_xCoCrFeNi_2.1涂层，在75 wt.% KCl-25 wt.% Na2SO4混合熔盐、650±1 ℃静态空气中进行最长168 h（的循环热腐蚀试验，并以Inconel 625和裸304SS作参比。

Al_1.0-Al_1.2为FCC＋BCC双相，Al1.3-Al1.8转为BCC主导，且BCC(110)峰随Al含量增加向低角度偏移，组织形貌方面，由Al_1.0的粗大柱状枝晶演变为Al_1.8几乎全等轴的细晶组织，Al_1.3则呈熔池边界柱状晶与熔池内部等轴晶共存的混合形貌。

不同Al含量Al_xCoCrFeNi_2.1高熵合金涂层的XRD图谱及BCC(110)峰偏移

代表性Al_xCoCrFeNi_2.1涂层（Al_1.0, Al_1.3, Al_1.8）的微观组织演变

Al_xCoCrFeNi_2.1合金的平衡伪二元相图及Scheil-Gulliver凝固路径计算

Al_1.3和Al_1.8凝固过程中组成过冷及柱状晶-等轴晶转变机制示意图

Al_1.0的枝晶干为富Fe/Cr/Co的FCC相，枝晶间为富Al/Ni的BCC(B2)相，二者界面呈K-S半共格（{111}FCC//{110}BCC，结构无序使之易成为Cl、S的快速内渗通道，Al1.8整体为BCC基体并伴随A2/B2调幅结构，枝晶干富Al/Ni、枝晶间富Fe/Cr，A2/B2界面共格，不构成快扩散通道，此外，涂层/基体界面处Al_1.0为全FCC、Al1.8为全BCC。

代表性涂层熔池内部区域的高倍SEM图像及TEM分析

AlxCoCrFeNi_2.1涂层与304不锈钢基体的界面形貌及元素分布

168 h的结果显示，Al_1.0-Al_1.6涂层呈两段近线性动力学，第二阶段抛物线速率常数kp由7.78-13.98跃升至16.88-31.79 mg²·cm^-4·h^-1，Al1.8则全程保持单段近抛物线动力学，kp仅5.66 mg²·cm^-4·h^-1，硬度剖面显示，沉积态Al1.8高达590±9 HV，腐蚀后几乎不下降，而Al_1.0因L1₂/σ相析出反而增硬26%，Al1.3软化20.7%。

Alx涂层、IN625及304SS在650℃熔融盐中的热腐蚀动力学曲线

Alx涂层在沉积态及热腐蚀后的截面显微硬度分布

腐蚀产物方面，Al_1.0表面被粗大多孔的氧化物覆盖，可见明显开裂与局部剥落，Al_1.3的膜层较致密但仍存在连通裂纹，Al_1.8表面则光滑完整，无宏观裂纹与剥落。XPS结果表明，Al_1.0与Al_1.3表面为含Al³⁺、Cr³⁺/Cr⁶⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺的混合产物，Al_1.8的谱图以Al³⁺信号为主，说明形成了连续且以Al2O3为主导的保护膜。

Al_1.0, Al_1.3, Al_1.8涂层热腐蚀168小时后的表面腐蚀产物形貌

热腐蚀后Al_1.0, Al_1.3, Al_1.8涂层表面腐蚀产物的XPS谱图分析

Al_1.0、Al_1.3、Al_1.8的内腐蚀深度分别为77.7、71.7和24.1 μm，其中，Al_1.0沿枝晶间BCC形成不规则深沟槽，Al_1.8仅局限于孤立的BCC枝晶间区域。更为关键的是，650℃暴露后Al1.0维持86.1% FCC＋13.9% BCC，沉积态近单BCC的Al_1.3中FCC含量升至27.2%，Al_1.8仍保持99.5% BCC。

Al_1.0, Al_1.3, Al_1.8涂层热腐蚀168小时后的截面腐蚀形貌及元素分布

远离腐蚀前沿区域的涂层腐蚀后XRD图谱及相稳定性分析

腐蚀后代表性涂层（远离腐蚀前沿）的EBSD和SEM微观结构表征

Al_1.0, Al_1.3, Al_1.8涂层热腐蚀机制综合示意图

该研究系统阐明了“Al含量—相组成—氧化膜化学—热腐蚀行为”之间的关联，该工作为面向垃圾焚烧、生物质燃烧、化工等含氯含硫极端环境的高熵合金防护涂层提供了明确的成分设计与组织稳定性准则。