TC4是典型的α+β 钛合金

TC4是典型的α+β 钛合金，凭借综合力学性能和耐腐蚀性能被广泛用于海洋环境中。TC27则在TC4的基础上引入Mo和Nb等β稳定元素，理论上其耐蚀性更佳。因此常被视作高强高耐蚀候选材料。同时，恒电位极化法作为一种快速的至钝化手段广泛运用于钛合金表面的钝化处理。然而，受限于使用场景，部件在成膜后往往难以维持至钝电位。因此，对比评估不同极化状态下TC4和TC27表面钝化膜的保护能力具有重要的理论价值与工程意义。

基于上述研究背景，研究人员以TC4和TC27为研究对象，利用SEM、电化学和XPS等表征手段，对比研究了Mo-Nb-极化对两种材料腐蚀行为的耦合作用。以往的研究多关注与钛合金钝化膜的“电位依赖性”，及耐蚀性与施加电位成正比。本研究揭示了由于合金元素价态转变及缺陷生成导致钝化膜稳定性改变，从而引起不同合金之间耐蚀性能顺序发生反转的机制，体现出一种新的电位-成分-缺陷耦合型耐蚀行为。

研究发现，随着Mo和Nb的加入TC27中β 比例显著更高（约 62.8 vol.%），并且Mo、Nb在β相中明显富集。SKPFM 测试结果进一步证实，β相的Volta电位高于 α相，具备更优的耐蚀性，且TC27的α/β两相电位差远高于TC4，更强的微电偶效应与更多的β相共同使TC27自然状态下耐蚀性更好。同时，电化学测试也表明，自然浸泡时TC27的极化电阻较TC4高出约86%，自腐蚀电流密度低约40%。而经1 V vs. SCE的恒电位处理后，两种合金的耐蚀性发生反转。XPS分析表明，极化后TC4钝化膜中保护性Ti(OH)x占比更高，因此TC4 表面能形成更致密稳定的钝化膜，且其击穿电位大幅高于TC27，耐点蚀能力显著增强。而 TC27钝化膜中由于热力学不稳定Mo氧化物的存在，导致其钝化膜中氧空位浓度更高，最终钝化膜稳定性与耐蚀性弱于TC4。

两种钛合金在模拟污染海水中的耐蚀性反转，是Mo-Nb合金化调控的微观结构差异，与恒电位极化下钝化膜物相演变、半导体缺陷行为的耦合作用机制。自然浸泡条件下，TC27因添加 Mo、Nb 元素拥有更高含量的β相，而β相本身耐蚀性优于α相，且Mo、Nb在β相的富集进一步提升了TC27基体的耐蚀能力，且TC27中α/β两相之间更大的电势差也有利于形成更致密的钝化膜。而TC27中的Mo、Nb在极化后会以不稳定的高价氧化物向低价转变。依据PDM模型，该转变会破坏TiO2晶格的电中性，引发更多氧空位产。且氧空位会成为Cl-吸附位点，加速膜内阳离子空位的生成与迁移，进而导致钝化膜的完整性被破坏，保护能力大幅下降。TC4则无Mo、Nb带来的低价缺陷干扰，钝化膜结构稳定，缺陷浓度低，能够有效抵御氯离子侵蚀，最终在极化后表现出比TC27更优异的耐蚀性能。

本研究详细研究了TC4和TC27钛合金在不同极化状态下耐蚀性的好坏，并从电位-成分-缺陷的角度阐明了Mo-Nb-极化状态对合金耐蚀性影响的耦合机制。对工程应用而言，这表明耐蚀性评估不能只看合金成分静态优劣，而应把表面处理条件、服役情况和合金组织成分同时纳入考虑。