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锆基块体非晶合金的制备和腐蚀性能

聂西鹏  
【摘要】:锆基块体非晶合金具有高强度、低模量等优异性能,但是较低的塑性制约了金属玻璃的应用和发展。因此开发具有大塑性和高玻璃形成能力的合金具有重要意义。此外,金属玻璃作为工程材料应用的前提之一就是其较高的环境稳定性(例如,耐腐蚀性、耐氧化性等),因此开展金属玻璃的耐腐蚀性和氧化行为研究非常有必要。 在本文中我们首先通过尝试添加Sn, V, Si, Hf, Nb和Ti元素进行微合金化,研究添加元素对Zr46Cu37.6Ag8.4Al8合金玻璃形成能力、热稳定性以及力学性能的影响。结果发现微量添加Sn, V, Si, Hf, Nb元素降低了玻璃形成能力并且不同程度损害了锆基合金的压缩塑性。而添加Ti元素最大可使锆基金属玻璃的压缩塑性提高到16%。同时Ti元素在微合金化后,锆基金属玻璃仍然具有大于16mm的玻璃形成能力。 其次,研究了微量添加V, Hf, Ni, Nb和Ti元素对锆基合金的腐蚀行为的影响。结果表明微合金化Nb, Ti和Ni可以较大程度的改善锆基合金的钝化膜稳定性,提高耐腐蚀性,原因可以归结为这些合金化元素的添加导致了Zr、Nb、Ti、Ni这类具备较强耐腐蚀性和钝化能力的元素在合金表面的富集,从而优化了钝化膜的性质。 此外,还进行了Zr46Cu37.6Ag8.4Al8和Zr64Cu16Ni10Al10两个不同体系金属玻璃的氧化行为研究,并利用XRD, SEM, XPS技术研究了氧化膜的组成和结构。同时还研究了金属玻璃氧化对耐腐蚀性的影响。结果发现Zr64Cu16Ni10Al10在低于玻璃转变温度下氧化后生成的氧化膜极大地提高了锆基非晶合金在0.5 MNaCl溶液中的钝化能力和耐腐蚀性,氧化膜中生成的大约100 nm的四方型ZrO2富集层被认为导致了这一结果。与之相反,Zr46Cu37.6Ag8.4Al8金属玻璃氧化后的耐腐蚀性能发生了严重下降,这是由其所生成的氧化膜独特的表面组成和结构所致。 最后我们还研究了预轧制处理对于锆基金属玻璃耐腐蚀行为的影响,并着重讨论了腐蚀机理以及点蚀在剪切带上择优发生的机制。证明了是剪切带上的结构变化而非剪切台阶、残余应力或自由体积因素导致了点蚀择优在剪切带上发生。


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