【摘 要】
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Zr-Cu-Ni-Al非晶合金系作为典型的Zr基非晶合金系,是近年来兴起的一种新型大块非晶合金材料,其具有较高的非晶形成能力、优异的力学性能和耐腐蚀性能。研究发现,微量稀土元素的添加对非晶合金的性能有很大影响。本文选取Zr53.8Cu29.1Ni7.3Al9.8非晶合金作为基体,通过添加少量稀土元素Y替换Zr的方式探究Y对Zr基非晶合金的形成能力及腐蚀行为的影响,对人们深入认识Zr基大块非晶合金的
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Zr-Cu-Ni-Al非晶合金系作为典型的Zr基非晶合金系,是近年来兴起的一种新型大块非晶合金材料,其具有较高的非晶形成能力、优异的力学性能和耐腐蚀性能。研究发现,微量稀土元素的添加对非晶合金的性能有很大影响。本文选取Zr53.8Cu29.1Ni7.3Al9.8非晶合金作为基体,通过添加少量稀土元素Y替换Zr的方式探究Y对Zr基非晶合金的形成能力及腐蚀行为的影响,对人们深入认识Zr基大块非晶合金的性能特点并科学合理地应用这类新型材料,有着重要的学术意义和指导价值。首先非晶合金的制备采用二元深共晶中间合金混合熔炼和水冷铜模热室压铸完成,通过二元合金相图确定二元共晶中间合金的配方分别为Zr44Cu56、Zr64Ni36、Zr51Al49和A125Y75。然后在 1523K、1623K 和 1723K 三种压铸温度下制备 Zr53.8Cu29.1Ni7.3Al9.8 和Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1两种非晶合金,采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及差示扫描量热仪（DSC）对两种非晶合金的非晶形成能力进行研究。XRD检测结果表明,在同一温度下,Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1比Zr53.8Cu29.1Ni7.3Al9.8的X射线衍射谱更加均匀有型,晶体峰的数量更少;TEM检测结果表明,Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1试样的衍射花样中晶体相衍射斑点较少,表现出了更好的非晶均匀度;DSC检测结果表明,Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1的过冷液相区宽度ΔTx比Zr53.8Cu29.1Ni7.3Al9.8提高了大概12K左右,表现出了更好的非晶形成能力和热稳定性。研究结果表明少量稀土元素Y的添加在一定程度上提高了 Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1非晶合金的非晶形成能力和热稳定性。采用电化学法对两种非晶合金的腐蚀行为进行研究,并利用扫描电子显微镜（SEM）及其自带的能谱仪（EDS）对其腐蚀形貌进行观察分析。在3.5%NaCl溶液中,由于Cl-的自催化作用,两种非晶合金表面都发生了严重的点蚀,其中Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1具有更小的自腐蚀电流密度和更大的点蚀电位;在0.5mol/LH2SO4溶液和4mol/LNaOH溶液中,两种非晶合金都发生了钝化,都没有出现较严重的腐蚀痕迹,其中Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1具有更正的自腐蚀电位和较小的自腐蚀电流密度。研究表明,稀土元素Y的添加一定程度上促进了表面富锆钝化膜的形成,提高了Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1 的耐蚀性。采用浸泡法进行平均腐蚀速率的计算,并用SEM观察试样表面的腐蚀形貌。在NaCl和H2SO4溶液中,两种非晶合金都表现出了极好的耐蚀性,随着浓度的增大,平均腐蚀速率都在逐渐增大,其中Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1比Zr53.8Cu29.1Ni7.3Al9.8的平均腐蚀速率稍小,表面腐蚀痕迹数量及密集程度也稍小;在NaOH溶液中,两种非晶合金试样的平均腐蚀速率几乎为零,试样表面几乎没有肉眼可见的腐蚀痕迹。综上所述,少量稀土元素Y的添加对Zr基非晶合金的非晶形成能力有一定的提高,且对其耐腐蚀性能也有一定的改善,使Zr52.8Cu29.1Ni7.3Al9.8Y1非晶合金具有更大的非晶形成能力和更好的耐腐蚀性能。
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