新型無(wú)Ni無(wú)Cu型Zr基塊體非晶合金及其復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)及性能研究.pdf

1、本文采用電弧熔煉/水冷銅模吸鑄法制備了不同成分的Zr基塊體非晶合金及其復(fù)合材料。利用X射線衍射分析儀（XRD）、光學(xué)顯微系統(tǒng)（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、示差掃描量熱儀（DSC）、差熱分析儀（DTA）、顯微硬度計(jì)、Zwick/Roell力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)設(shè)備和X射線光電子能譜儀（XPS）等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)研究了不同成分的新型無(wú)Ni無(wú)Cu型Zr基塊體非晶合金的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、玻璃形成能力、機(jī)械性能及耐生物腐蝕性能等。制備了直徑為3～10

2、mm的新型無(wú)Ni無(wú)Cu型Zr基塊體非晶合金：Zr53Co23.5-xAl23.5Agx(x=0，1，3，5，7，9at.%)。XRD的結(jié)構(gòu)分析表明，所制備的合金基本為單一非晶相；發(fā)現(xiàn)了具有最強(qiáng)玻璃形成能力的成分點(diǎn)Zr53Co18.5Al23.5Ag5，其臨界尺寸至少有10mm，達(dá)到厘米級(jí)。DSC和DTA的熱分析表明，Ag的添加降低了合金的過(guò)冷液態(tài)區(qū)，伴隨著導(dǎo)致原合金的晶化行為模式由單步晶化變?yōu)槎嗖骄Щ?。隨著Ag含量的增加，合金的液相溫度

3、也大大降低了，同時(shí)也使得合金更接近共晶成分點(diǎn)，從而提高了該體系的玻璃形成能力。顯微硬度分析表明，隨著Ag含量的增加，顯微硬度先升高后降低，并在Ag=5具有最大值。顯微壓痕的微觀形貌表明，除了Ag=5的成分點(diǎn)以外，其他所有非晶合金的壓痕附近均可以看到明顯的剪切帶，意味著Ag=5的塑性是合金體系里最差的。進(jìn)一步壓縮力學(xué)性能和斷面形貌結(jié)果表明，所有的合金均表現(xiàn)出很高的屈服強(qiáng)度，其值超過(guò)了1700MPa，但是較差的室溫塑性。分析認(rèn)為，不同Ag含

4、量的非晶合金里面存在不同的斷裂行為和斷裂特征。在模擬體液（PBS）中的電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，適量Ag元素的添加能顯著提高Zr基塊體非晶合金在PBS溶液中的耐點(diǎn)蝕能力。其中Zr53Co16.5Al23.5Ag7非晶合金具有具有最佳的耐生物腐蝕能力。恒電流階越分析表明，Ag的添加并未改變鈍化膜的形成速率而是改變了鈍化膜的穩(wěn)定性，與電化學(xué)測(cè)試結(jié)果一致，Zr53Co16.5Al23.5Ag7塊體非晶合金具有最高的平臺(tái)電位說(shuō)明其鈍化膜的穩(wěn)定性是最好

5、的。XPS分析表明，在既含有氯離子又含有磷酸根離子的中性模擬體液環(huán)境下，鈍化膜中富集著高耐蝕性的Al氧化物可能是合金具有優(yōu)異耐蝕性的主要原因。此外，進(jìn)一步研制了無(wú)Ni無(wú)Cu型Zr基非晶復(fù)合材料Zr73.5Co1Al9.5Ag7Nb9合金。OM和XRD結(jié)果表明：合金主要析出了枝晶狀的bcc-β相。壓縮力學(xué)性能結(jié)果表明，該復(fù)合材料表現(xiàn)出非常高的斷裂強(qiáng)度和較好的塑性，兩者的值分別達(dá)到了2234MPa和4.44%。分析認(rèn)為主要是枝晶相和剪切帶發(fā)