块体非晶合金在不同介质中的腐蚀行为研究

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非晶合金又名金属玻璃,通过现代快速凝固冶金技术合成,其内部结构短程有序、长程无序,兼具金属和玻璃两者优异的物理和化学性能。由于内部结构匀质且无晶化合金的缺陷,其耐腐蚀性能优于晶化合金。对非晶合金腐蚀行为的研究,有利于推动其在工程中的实际应用。本文通过电弧炉熔炼和铜模吸铸的方法制备出两种玻璃成形能力较好的块体非晶合金(BMGs)Vit1(Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5)和ZT3(Ti32.8Zr30.2Cu9Ni5.3Be22.7),并选取两种传统耐蚀金属材料316L不锈钢与TC4钛合金来对比分析非晶合金耐腐蚀性能的优良,并对影响耐蚀性的重要因素进行比较分析总结。实验选取盐酸、硫酸和氯化钠三种腐蚀介质对材料进行腐蚀,采取不同的腐蚀方式进行测试,一方面通过化学浸泡失重法对比分析四种材料的腐蚀速率;一方面测试了四种材料的动电位极化曲线、交流阻抗谱图,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察腐蚀后的微观形貌,通过能谱仪(EDS)分析其表面腐蚀后的元素种类和含量。结果显示,不同腐蚀方法、腐蚀介质种类以及介质的浓度都对金属材料的耐腐蚀性能有影响。浸泡腐蚀方式下:在三种溶液中,非晶合金Vit1和ZT3均比316L不锈钢和TC4钛合金更耐腐蚀,其中Vit1比ZT3耐蚀性好。非晶合金在氯化钠溶液中经浸泡28d几乎不失重且表面依旧光滑明亮,钝化膜完整未明显破坏,于盐酸和硫酸溶液中发生轻微点蚀,而316L和TC4均出现明显失重,表面形貌明显破坏;电极极化腐蚀方式下:四种材料的耐蚀性大小与浸泡腐蚀方式下的规律基本一致,非晶合金的腐蚀电流密度(Icorr)最小,转移电阻(Rct)多数最大,主要腐蚀形式为点蚀,表面破坏程度比316L和TC4小,EDS分析结果显示四种材料的腐蚀产物和裸露的表面均存在氧元素。在含有Cl-的溶液中,非晶合金Vit1、ZT3和316L不锈钢的钝化膜均遭到侵蚀破坏,发生点蚀,耐点蚀程度:ZT3>Vit1>316L,其中316L的腐蚀速度和破坏程度均远大于非晶合金。而TC4虽腐蚀速度也远大于非晶合金,但其钝化膜不易受Cl-侵蚀,主要腐蚀方式为均匀的全面腐蚀。在硫酸溶液中,四种金属的腐蚀速率均低于相同浓度下盐酸溶液中的腐蚀速率。其中,Vit1、ZT3和TC4均保持稳定钝化,钝化状态下维持较低的电流密度(Ip),316L依旧发生明显点蚀伴随不均匀的全面腐蚀。随着介质浓度的提升,四种金属材料的腐蚀速率均有所增大,耐腐蚀性能均下降。1 mol/L硫酸溶液中,Vit1钝化膜比ZT3更耐腐蚀,3 mol/L硫酸溶液中,钛含量更高的ZT3钝化膜更耐蚀。
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