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Zr_(57.5)Cu_(27.3)Al_(8.5)Ni_(6.7)非晶合金的晶化行为及性能研究

赵秀媛  
【摘要】:本文采用真空熔炼吸铸系统制备Zr57.5Cu27.3Al8.5Ni6.7非晶合金,研究其等温与非等温晶化动力学,不同退火温度对其组织和性能的影响,三点弯曲疲劳行为,并与制备的Zr57.5Cu34Al8.5非晶合金作比较研究其在3.5%的Na Cl溶液以及PBS缓冲液中的腐蚀行为。计算出Zr57.5Cu27.3Al8.5Ni6.7非晶合金在非等温条件下的激活能Eg和Ex分别为409.70 k J/mol,335.53 k J/mol。在不同温度等温条件下得到的晶化体积分数与时间的关系曲线呈“S”型,表明晶化过程为典型的形核长大型转变。Avrami指数n的范围为3≤n≤4,表明晶化过程为界面控制的三维长大,等温晶化过程得到的激活能平均值434.81 k J/mol,高于非等温晶化过程的有效激活能。Zr57.5Cu27.3Al8.5Ni6.7大块非晶合金在进行温度低于Tg的等温退火处理10 min后,非晶合金内部已经有一定程度的有序化出现。在温度高于Tg退火处理后,非晶基体上有Cu10Zr7,Ni Zr2,Al3Zr2和Zr Cu等析出相出现。693 K退火态样品压缩过程中出现明显屈服现象,塑性变形可达46.98%,屈服强度可达1862 MPa,经733 K等温退火处理后样品断裂强度明显降低。693 K退火态的样品断口处鱼骨状花样出现,733 K退火态样品有类似于晶态材料断口形貌的解理台阶出现,表明非晶合金经退火处理后断口形貌特征逐渐向晶态材料转变。Zr57.5Cu27.3Al8.5Ni6.7非晶合金具有很高的疲劳强度(680±10 MPa),较高的疲劳比(约0.38),较高的弯曲强度(3200 MPa),较低的S-N曲线斜率值,具有较好的韧性,估算的断裂韧性值约为42–49 MPa√m。合金样品的断口有铜富相析出,认为是循环应力导致非晶相分离产生铜富相。铜富相的出现可以起到桥连裂纹的作用阻碍裂纹扩展,提高疲劳寿命和疲劳强度。疲劳失效断裂后,样品的侧面宏观形貌呈V形,可以归因于在变形区产生的高密度的有分支的剪切带。Zr57.5Cu27.3Al8.5Ni6.7非晶合金在3.5%的Na Cl溶液表现出更好的耐腐蚀能力,腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-417 m V、2.739 m A/m2,主要是由于非晶合金表面在阳极极化过程中易形成阻碍型钝化膜,但是在Na Cl溶液中较易发生点蚀现象,是因为大块非晶合金的在制备过程中难以避免有缺陷残留,吸附Cl-而产生强烈的点蚀作用。两种成分的样品在PBS溶液中极化行为类似,腐蚀电位和腐蚀电流密度相差不大,都具有较小的腐蚀电流密度,但是含Ni非晶合金表现出较高的点蚀电位。


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