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Hf替换Cu对Zr基非晶形成能力及性能的影响

靳志帅  
【摘要】:非晶合金因其独特的长程无序短程有序结构,具有高强度、高硬度、耐腐蚀等优异性能,因此具有广阔应用前景。但由于其非晶形成能力有限,塑性性能较差限制其发展。研究表明,元素添加与替换已经成为一种提高非晶形成能力、力学性能和腐蚀性能的重要手段。本文以Zr_(55)Ti_3Cu_(32)Al_(10)非晶合金为基础,利用铜模吸铸来制备新型Zr基非晶合金Zr_(55)Ti_3Hf_xCu_(32-x)Al_(10)(x=0,1,2,3,4,5at.%),研究了Hf元素替换Cu元素对非晶形成能力,力学性能与腐蚀性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)分析了非晶的结构。用差示扫描量热仪(DSC)分析了非晶的热物性参数。通过单轴压缩测试了非晶合金的力学性能、用扫描电子显微镜(SEM)分析了非晶的断裂性能为。用电化学工作站分析研究了元素添加对非晶腐蚀能力的影响。通过XRD、TEM实验结果可知,Hf元素的替换,使得ZrTiCuAl非晶合金的形成能力提高,临界尺寸增大。初始非晶合金Zr_(55)Ti_3Cu_(32)Al_(10)临界尺寸为4mm,当Hf的添加量为3at.%时,Zr_(55)Ti_3Hf_3Cu_(29)Al_(10)非晶形成能力最好,临界尺寸达到8mm,另外Zr_(55)Ti_3Hf_4Cu_(28)Al_(10)、Zr_(55)Ti_3Hf_5Cu_(27)Al_(10)两种非晶合金临界尺寸可以达到6mm。通过DSC分析非晶合金热物性参数发现,随着Hf元素的增加,Zr_(55)Ti_3Hf_xCu_(32-x)Al_(10)(x=0,1,2,3,4,5at.%)金过冷液相区宽度增大至70K后又降低至59 K,热稳定性先增强后减小。单轴压缩实验显示,随着Hf含量的增加,Zr_(55)Ti_3Hf_xCu_(32-x)2-x Al_(10)(x=0,1,2,3,4,5at.%)非晶合金压缩塑性和断裂强度都呈先增加后降低变化趋势。其中Zr_(55)Ti_3Hf_3Cu_(29)Al_(10)的强度达到1824±35MPa,塑性达到2.6±0.1%。通过电化学腐蚀极化曲线分析可知,Hf元素的添加提高了非晶合金的抗腐蚀能力。在1mol/LHCl,0.6mol/LNaCl溶液中,Hf添加,提高了非晶的腐蚀电位,降低了腐蚀电流密度。在1mol/LH_2SO_4溶液中,当Hf含量为x=5时,具有最低的腐蚀电流密度1.6±0.1×10~(-8) A/cm~2。结果表明Hf的添加使非晶合金的耐腐蚀能力提高。


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