金属玻璃因其兼具无序原子结构、化学均匀性、不含位错和晶界等微观结构缺陷，展现出相比传统晶态合金更为优异的耐蚀性能，尤其在极端环境下更具稳定性。然而，长期以来，金属玻璃的研发主要依赖经验性试错方法，开发周期长、效率低，且缺乏系统性的性能预测手段，严重制约了高性能耐蚀材料的快速迭代。随着材料基因组计划的高速发展，高通量实验与数据驱动设计等先进手段正加速材料研发进程。其中，电子功函数作为反映金属表面电子逸出能力的关键本征参数，被发现与材料的腐蚀行为密切相关。研究发现，较高的电子功函数通常意味着金属表面电子活性较低，反应动力学减弱，更易在腐蚀环境中形成致密稳定的钝化膜，从而显著提升材料的耐蚀性能。
近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所非晶合金磁电功能特性研究团队提出了一种基于电子功函数来快速开发具有优异耐蚀性能新型金属玻璃的实验策略。采用多靶磁控共溅射技术，构建了包含丰富成分梯度的Ni-Nb-Ta合金库，并利用高通量实验手段对其结构与成分分布进行了系统表征（图1）。在此基础上，引入原子力显微镜的开尔文探针力显微技术（KPFM），深入揭示了合金中化学成分与电子功函数之间的依赖关系（图2）。通过综合分析电子功函数与耐蚀性能的关联性，研究人员成功筛选出具备最高电子功函数值和最优耐蚀性能的合金成分Ni49.92Nb11.75Ta38.33（图3）。其优异的耐蚀性能主要归因于高电子功函数促进了致密稳定钝化膜的形成。进一步地，研究团队将该策略拓展至Co-Fe-Ta-B合金体系，验证了该方法的普适性。该研究不仅揭示了电子功函数与金属玻璃耐蚀性之间的内在物理机制，也为面向严苛服役环境的新型金属合金材料开发提供了高效、可扩展的新范式。
研究成果以“Combinatorial development of metallic glasses with superior corrosion resistance via electron work function”为题发表在Journal of Materials Science & Technology 244 (2026) 111–121上（DOI：10.1016/j.jmst.2025.04.029）。论文的第一作者为宁波材料所联合培养博士研究生韩飞，通讯作者为宁波材料所霍军涛研究员、高萌研究员、王军强研究员，合作作者包括宁波材料所博士研究生陈亚男、硕士研究生王付超，中国科学院物理所李福成副研究员、柳延辉研究员以及浙江工业大学胡军教授。本工作得到了国家自然科学基金项目和浙江省自然科学基金与衢州市区域创新发展联合基金的支持。
图1. Ni-Nb-Ta合金库的组合制备及高通量表征。
图2. 高通量表征Ni-Nb-Ta合金库中电子功函数。
图3. 不同金属合金在硫酸溶液中的自腐蚀电位和钝化电流密度的对比。
（韩飞）