Zr基金屬玻璃的結(jié)構(gòu)弛豫和腐蝕行為研究.pdf

1、作為一種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)材料，塊體金屬玻璃在實際服役中將產(chǎn)生明顯的結(jié)構(gòu)弛豫，從而導致金屬玻璃耐蝕和力學性能發(fā)生改變，因而研究結(jié)構(gòu)弛豫對塊體金屬玻璃性能的影響具有重要的理論和應(yīng)用價值。本文主要通過控制退火溫度獲得不同弛豫狀態(tài)的Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5(Vit105)塊體金屬玻璃，并對其耐蝕和室溫壓縮性能進行研究。
　　采用高真空電弧熔煉及吸鑄系統(tǒng)制備Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5(Vit105

2、)金屬玻璃棒，XRD結(jié)果證實所得金屬玻璃棒具有非晶結(jié)構(gòu)，DSC分析表明鑄態(tài)Vit105金屬玻璃棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為685K。在Tg以下選擇了六個溫度(403、503、553、593、623和653K)各退火15分鐘，從而得到不同弛豫狀態(tài)試樣。通過浸泡和電化學腐蝕測試，獲得金屬玻璃棒的耐腐蝕性能與退火溫度、溶液種類和濃度之間的關(guān)系;通過室溫壓縮試驗獲得結(jié)構(gòu)弛豫對力學性能的影響。結(jié)合相應(yīng)的掃描電鏡(SEM)和能量散射X射線譜(EDS)分

3、析，研究了結(jié)構(gòu)弛豫對Vit105金屬玻璃棒的腐蝕性能和壓縮性能的影響。
　　不同退火態(tài)Vit105金屬玻璃棒的XRD譜均存在明顯的彌散饅頭峰，沒有晶體衍射峰的存在;不過，隨退火溫度升高，彌散峰峰位逐漸向高角度方向移動、半高寬則變小。這表明在653K以下退火15min雖然不會導致樣品晶化發(fā)生，但會導致結(jié)構(gòu)弛豫的發(fā)生。DSC分析結(jié)果表明:退火對Tg有明顯影響，403K退火導致Tg從鑄態(tài)的685K降低到666K，繼續(xù)升高退火溫度Tg則逐

4、漸升高至553K下的683K后稍有降低;而當退火溫度升高至623K及以上溫度時，樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不易確定。此外，Vit105合金具有二次晶化過程，退火對晶化溫度無明顯影響，但隨著退火溫度升高，晶化放熱效應(yīng)明顯減小，當溫度升高至623K以上時，第二晶化峰消失。
　　利用阻抗譜研究材料的結(jié)構(gòu)弛豫還鮮見報道，我們進行了初步嘗試，結(jié)果表明:在相同測試溫度，退火溫度對Vit105金屬玻璃棒的阻抗譜的確有明顯影響;而對同一退火態(tài)樣品，阻抗

5、譜也隨測試溫度的變化而變化。阻抗譜的變化主要表現(xiàn)在高頻段，其相角峰值和位置均會發(fā)生明顯變化，但其內(nèi)在機理仍需更系統(tǒng)的實驗證實和深入的理論分析。
　　Vit105金屬玻璃棒和304L不銹鋼在0.6MNaCl，1MHCl，5MNaCl、HCl、H2SO4和NaOH溶液中的浸泡腐蝕結(jié)果表明:相對304L不銹鋼，Vit105具有更好的耐蝕性，且隨著退火溫度升高至593K，腐蝕速率不斷減小，再進一步升高退火溫度時，腐蝕速率快速增加;在相同溶

6、液中，腐蝕速率隨濃度增加而增加。在相同濃度溶液中，Vit105金屬玻璃棒耐蝕性能由高到低分別為NaOH，H2SO4，NaCl和HCl溶液?？傊?，在所有腐蝕溶液中，593K退火15min的Vit105金屬玻璃棒具有最好的耐蝕性能。
　　NaCl和HCl溶液中的陽極極化曲線結(jié)果表明:在0.6M和5MNaCl，以及1MHCl溶液中，所有退火Vit105合金的陽極極化曲線均存在先鈍化后點蝕現(xiàn)象，而在5MHCl溶液，無明顯鈍化現(xiàn)象，表現(xiàn)出最

7、差的耐蝕性;在同種溶液中，隨退火溫度升高，試樣自腐蝕電流密度先減小后增大，自腐蝕電位則先增大后減小，其轉(zhuǎn)變點均在593K附近。所得結(jié)果進一步證實了在593K退火試樣具有最好的耐蝕性。不同溶液中的電化學阻抗譜(EIS)測試表明:Vit105金屬玻璃棒的Nyquist圖均有單一容抗弧構(gòu)成，隨退火溫度的升高，半圓弧半徑和電化學轉(zhuǎn)移電阻先增大后減小;在NaCl溶液中具有很高的電化學轉(zhuǎn)移電阻，表現(xiàn)出較好的耐蝕性。
　　SEM觀察結(jié)果表明:腐

8、蝕表面有大小不一、形狀不規(guī)則的腐蝕坑組成。隨退火溫度升高至593K，腐蝕坑逐漸變小，數(shù)量也有明顯降低，隨溫度繼續(xù)升高，腐蝕坑又明顯變大、增多。EDS分析表明:在腐蝕坑內(nèi)O元素顯著增加，Cu元素相對含量增加，其他元素含量則降低。
　　Vit105金屬玻璃棒室溫壓縮結(jié)果表明:試樣斷裂面均為典型非晶的“脈紋狀”;室溫下其塑性較低，403K退火態(tài)試樣表現(xiàn)出最大的塑性變形約為1.6％，斷裂強度約為2000MPa;但超過593K退火態(tài)試樣無塑