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Nb及V的添加对Ti基大块非晶合金微观结构及性能的影响

周斌军  
【摘要】:本文选用不同Nb、V添加量的直径为4mm的合金试样为研究对象,分析了它们的微观组织及力学性能,并研究了各合金试样在酸/碱溶液中的腐蚀性能,综合评价Nb及V的添加对Ti基大块非晶合金微观结构及性能的影响。 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析了Nb及V的添加对Ti基非晶合金的微观组织的影响,结果表明,Nb、V加入量为4%时的合金试样为完全的非晶态,且二者具有比无Nb、V的合金样品更高的有序度,从而具备相对较少的自由体积;Nb、V添加量为8%和12%的合金试样为非晶基体上分布着晶体相的非晶合金复合材料。 利用差示扫描量热仪(DSC)分析了Nb及V的添加对Ti基非晶合金晶化激活能的影响,结果表明,4%的Nb、V的添加并未对合金样品的晶化转变表观激活能产生显微影响,而8%和12%Nb、V的加入,将会在非晶基体上析出诸如固溶体在内的晶体相,降低了合金的晶化转变激活能。 室温压缩结果表明, Nb、V加入量为4%的非晶合金试样由于具备相对较少的自由体积,因而塑性稍差,而对于Nb、V加入量为8%和12%的合金试样而言,由于其析出晶化相不同,导致塑性变形能力不同:Nb添加量为8%的合金样品由于晶化相的尺寸大小均一,分布均匀,导致塑性得到显著提高;Nb添加量为12%的合金样品则由于晶化分数过高,晶化相尺寸差别较大,导致变形时不能有效阻碍剪切带的扩展,室温塑性最低;V添加量为8%和12%的合金样品由于脆性相Cu10Zr7的存在,导致最终发生脆性断裂而不表现出宏观塑性。 维氏硬度及纳米压痕结果表明, Nb、V加入量为4%的合金试样具有最高的硬度值,这和其相对较高的玻璃转变温度密切相关;对于Nb添加量为8%和12%的合金试样而言,前者由于晶化相的尺寸更小,在承受载荷时,更易于与剪切带发生较为强烈的交互作用,提高了合金样品的抵抗变形的能力,因而具备最高的硬度值,后者因为晶化分数过高,晶化相尺寸差别较大,导致样品变脆,断裂强度为所有样品中最低的,因而硬度值最低;而对于V添加量为8%和12%的合金试样而言,前者由于晶化相为脆性相Cu10Zr7,脆性相的存在导致合金发生脆性断裂,断裂强度最低,因而具备最低的维氏硬度值,后者因为大量细小的枝晶相的存在,起到了类似于细晶强化的作用,断裂强度为所有样品中最高的,因而硬度值最高。 电化学腐蚀试验结果表明,对于不同Nb、V添加量的合金试样而言,在0.5mol/L H2SO4溶液中,Nb添加量为12%以及V添加量为12%的合金试样因具备最大的自腐蚀电位以及极化电阻,同时最小的自腐蚀电流密度,使得二者具备最好的耐腐蚀性能,这可能和Nb及V的加入提高了合金表面生成的钝化膜的稳定性,使得后续反应过程中钝化膜未发生溶解,从而提高了其耐腐蚀性能,而在1mol/L NaOH溶液中,虽然不加Nb、V的合金试样的自腐蚀电位稍低,但是最小的自腐蚀电流密度以及最大的极化电阻都表明了在1mol/LNaOH溶液中,未加Nb、V的合金试样具备最好的耐腐蚀性能。


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