热处理对Zr基块体非晶合金性能的影响

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通过热处理研究非晶合金性能的方法主要有低温热循环处理、高于玻璃转变温度退火(高温退火)和低于玻璃转变温度的退火(低温退火)处理等。Zr基块体非晶合金经过以上热处理后,内部的原子结构和自由体积等会发生变化,并会影响非晶合金的力学、热学、腐蚀等性能。近年来,电化学刻蚀法被认为是制备疏水表面较为理想的方法,但这种方法制备疏水表面会受到样品本身耐腐蚀性能的影响。而热处理可以通过影响非晶合金的耐腐蚀性能,进而对电化学刻蚀法制备非晶合金疏水表面产生一定的影响,但是目前还没有与之相关的研究。另一方面,在实际应用中,非晶合金不可避免的会产生塑性变形,影响使用寿命。变形导致材料内部产生大量剪切带,而在过冷液相区间内对变形非晶合金热处理可能使剪切带得到部分修复,从而导致剪切带内部的结构和能量状态接近或与原始合金相同,以增强非晶合金的力学、耐腐蚀性能等来避免材料失效。本文针对上述两方面进行了研究,主要研究结果如下:(1)Zr48(Cu5/6Ag1/6)44Al8块体非晶合金低温热循环处理后可以诱发自由体积的形成,而退火处理则湮灭了自由体积。退火处理提高了电化学刻蚀前样品的耐腐蚀性,但是低温热循环处理则降低了其耐腐蚀性。在同样的电化学刻蚀条件下,与未热处理试样相比,低温热循环处理后的表面形成了微纳米复合结构,得到超疏水表面,然而退火处理使得样品的疏水性能下降。电化学测试研究表明超疏水样品具有优异的耐蚀性能,在3.5 wt%的Na Cl溶液中浸泡7天后疏水性能和腐蚀性能略有下降。另外,所制备的非晶合金超疏水表面拥有良好的抗循环弹性压缩性和耐温性能。(2)对变形后的Zr65Cu15Ni12.5Al7.5块体非晶合金进行高温退火处理。研究发现,在同一退火温度下,退火处理后样品的屈服强度略低于退火处理前样品的屈服强度。随着退火温度升高,样品的塑性变形量分别降低至14.5%(643 K保温10 min),9.5%(663 K保温10 min)和3.0%(683 K保温10 min),但仍具有较好的塑性。热分析实验发现,随着退火温度的升高,样品的热稳定性能下降。在3.5 wt%的Na Cl溶液中,高温退火处理后样品的耐蚀性都比退火处理前好,但仍比未变形样品的耐蚀性差,并且663 K退火处理后合金的腐蚀电流密度比683 K退火处理后下降一个数量级。(3)详细研究了高温退火和低温退火处理对变形后的Zr65Cu15Ni12.5Al7.5块体非晶合金腐蚀性能的影响及影响机理。研究发现,原样的耐蚀性在3.5 wt%的Na Cl溶液中最好,而高温(643 K)和低温(615 K)退火处理后样品的耐蚀性优于只经过变形的样品,并且643 K退火后样品的耐蚀性强于615 K退火。样品表面的腐蚀程度按原样、643 K、615 K、压缩约2%的顺序依次加重。XPS分析表明,退火处理后耐蚀性的增强与Zr4+、Al3+的富集有关,表面形成的Zr O2和Al2O3可以提高钝化膜的稳定性。EDS分析可知,高温退火后样品表面容易发生电耦合效应的Cu元素含量比低温退火后减少,致钝元素Zr增多,避免了合金与腐蚀溶液的进一步接触,导致高温退火处理后样品的抗腐蚀能力比低温退火后好。
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