Cu-Zr体系的脱合金腐蚀

来源 :中国科学院金属研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ridou
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近年来,脱合金化腐蚀引起了人们广泛的研究兴趣,尤其是利用脱合金腐蚀制备多孔材料。目前对脱合金化的研究工作多集中在结构相对简单的完全互溶的单相二元合金,如Cu-Zn、Cu-Au、Ag-Au以及Cu-Pt等合金体系,或对多相合金中某一固溶体相中所发生的活性成分选择性溶解进行研究。虽然脱合金化机制研究已取得了较大进展,但由于研究的合金体系种类有限,使得用该方法制备的多孔材料的种类与数量受到限制。在常温条件下大多数二元合金以多相形式存在,但在理论研究方面对多相合金中合金相的电化学活性、选择性溶解机制等的研究成果却较少。若能通过电化学方法控制合金相的选择性溶解,可进一步阐明金属材料中相的脱合金化机制,而且为金属材料由于组织的脱合金腐蚀而导致的失效问题也提供了理论基础。 本文在现有的脱合金腐蚀的理论研究基础上,以Cu-Zr二元多相合金体系为研究对象,采用磁控溅射方法制备出纳米晶Cu-Zr薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM/EDAX)、透射电镜(TEM)、原位扫描隧道显微镜(STM)以及腐蚀电化学等分析技术,对Cu-Zr铸态合金和溅射薄膜的组织结构、在HCl溶液中的脱合金腐蚀行为以及Cu、Zr含量对其腐蚀行为的影响等进行了系统研究。获得的主要结论如下: Cu-Zr合金发生的既是组织脱合金腐蚀,又是成分的脱合金腐蚀。Cu-20Zr双相合金的选择性腐蚀决定于其组织结构和各组织本身的电化学活性。Cu-20Zr铸态合金发生的既是组织的选择性溶解,也是成分的选择性溶解。当阳极电位在Cu、Zr的氧化还原电位之间时,富Zr的组织由于电化学活性较强,优先发生腐蚀;随着腐蚀的进行,惰性组织中的Zr也开始参与反应。当电极电位高于Cu氧化还原电位时,合金中的Cu、Zr两组元同时溶解。 溅射Cu-20Zr纳米晶薄膜与铸态Cu-20Zr合金在盐酸溶液中的腐蚀性能对比表明纳米化改善了Cu-20Zr合金的抗腐蚀性能。其根本原因是由于纳米晶薄膜的活性相中Zr较低的活性,以及晶粒细小,成分分布均匀,导致表面可以形成完整的富Cu层或腐蚀产物膜,抑制了腐蚀的进行。 在腐蚀过程中施以磁力搅拌,抑制溅射Cu-20Zr薄膜表面铜氯化合物的形成,则可获得孔径均匀、表面平整的多孔形貌。 通过扫描隧道原位观察发现,在薄膜发生脱Zr腐蚀时,溶解优先在晶界及缺陷位置处进行。由于Zr的阳极溶解以及Cu的扩散作用导致点蚀及腐蚀缝隙不断形成,宏观上形成多孔形貌。 溅射Cu-Zr薄膜在HCl溶液中的脱合金腐蚀程度与Cu、Zr组元的含量有关,当Cu含量在60wt.%左右时,溅射薄膜脱合金腐蚀的速度最快。 溅射Cu-Zr薄膜在0.1mol/lHCl溶液中在合适的阳极电位下恒电位极化后可以形成规则的多孔形貌,孔隙约为500nm。铸态Cu-Zr合金在相应的条件下并没有多孔形貌的形成。
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