在海洋资源开发的领域，其中的一个重点便是油气资源的开发采集，20世纪勘探数据显示，全球近海石油可采储量达220亿吨，天然气17万亿立方米，这还是未包含深海区域的资源，可想而知海洋中的油气储量是何等丰富。Ti-6Al-4V合金（Ti64）不仅具有高的比强度，还因兼具的优异的耐蚀性，使得该材料在该领域中被广泛使用，但在油气开采的酸化处理环节，强腐蚀环境下会使得传统Ti64合金表面的钝化膜易被破坏，导致合金表面被腐蚀从而失效，如何进一步提升Ti64在极端腐蚀介质中的服役可靠性，成为其在这些情景下进一步应用的亟需解决的问题。

2025年8月5日，国际材料腐蚀领域的权威期刊《Corrosion Science》上发表了题为“Great enhancement in corrosion resistance of Ti alloy by Mo element regulating β grain boundary and microstructure”的最新研究成果，通过在Ti64中引入Mo元素，可以有效调控β晶界与显微组织，大幅提升其在强酸环境中的耐蚀性能，作者团队为哈尔滨工业大学陈瑞润教授团队。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113237

【核心内容】

这项研究中，团队引入Mo元素显著提高了Ti64的耐蚀性能，在研究过程中团队发现Ti64-6Mo和Ti64-8Mo的微观组织发生了变化，短棒状的α相及其变体（120°错取向）分布在具有次级β晶界的大尺寸β晶粒中，且材料内的β相含量从未添加Mo时的8.97%增加到91.42%。腐蚀行为的表征在5 M HCl介质中进行，团队发现随着Mo元素添加量增加，Ti64-xMo合金表面会倾向于生成更为稳定致密的钝化膜，膜的主要组成成分为MoO3与TiO2、Al2O3，耐蚀性能最为优异的Ti64-8Mo表现出自发钝化的特性，腐蚀速率仅为0.18mm/year，相比传统未处理的Ti64合金降低了75%。

图形摘要

Mo对Ti64耐腐蚀性能的影响

【研究方法】

团队设计并制备了Ti64-xMo合金（x=0、2、4、6、8 wt%），采用透射电镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和EBSD分析了Ti64-xMo合金的显微组织。通过浸泡腐蚀和电化学实验研究了Ti64-xMo在5 M HCl中的腐蚀机理，综合分析了腐蚀行为与微观组织的关系，系统揭示Mo对合金显微组织及耐蚀性的影响机制。

Ti64-xMo合金的XRD

【研究成果】

① Mo促进β相稳定与二级晶界形成

随着Mo含量的增加，合金中β相含量由 8.97% 提升至 91.42%，显微组织由网篮组织转变为短棒状α相，并分布于大尺寸β晶粒及二级晶界内组成的新结构。EDS结果表明Mo和V富集于β相，而Al主要富集于α相。在Ti64-8Mo中，短棒状α相具有120°取向差，并与β相满足Burger取向关系。

Ti64-xMo合金中β相含量的比例

Ti64-xMo的微观结构

Ti64的TEM-EDS结果

Ti64-8Mo中α相Burger’s变体

② 钝化膜稳定性显著增强

电化学测试结果表明，随着Mo含量增加，合金的开路电位逐渐升高，Ti64-8Mo在 5 M HCl 溶液中表现出自发钝化行为，极化曲线进一步证实其无活化溶解区，钝化膜更加致密稳定，膜的厚度也越来越厚，二次β晶界的出现提供了更多的表面缺陷，促进了钝化膜的形成。静态浸泡实验显示，Ti64-8Mo腐蚀速率仅 0.18 mm/year，较Ti64（0.72mm/year）降低75%，耐蚀性能提升约3倍。XPS分析揭示，Mo加入后，钝化膜中TiO2、Al2O3和MoO3比例增加，膜的稳定性显著增强。

EIS测试与等效电路

极化曲线

Ti64-xMo合金腐蚀速率与形貌对比

③ 机理揭示与综合性能对比

团队提出了Mo调控耐蚀性的机制模型：①Ti64-2和Ti64-4Mo耐蚀性能的下降是由于α相面积的减小和Mo的偏析作用加重了电偶腐蚀的强度；②随着Mo含量的继续增加，β相含量大幅增加并成为主要的显微组织结构，富Mo的稳定钝化膜快速形成并维持稳定，最终，Ti64-8Mo在5 M HCl条件下的腐蚀速率远低于其他报道合金。

Ti64-xMo合金腐蚀机理图

Ti64-8Mo与其他钛合金体系腐蚀速率对比

【总结与展望】

研究系统揭示了较高含量的Mo元素在强酸环境下提升Ti64耐蚀性能的作用机制，通过调控显微组织构建致密稳定的表面钝化膜，显著降低合金在极端腐蚀介质中的失效风险，团队的该成果为高耐蚀钛合金的成分设计与工程应用提供了重要理论依据，尤其在深海油气开采、海洋工程与化工装备等领域具有广阔应用前景。