论文部分内容阅读
利用高纯Zr、Cu、Ni、Al、Ti元素,采用高真空熔炼法和旋淬法制备Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5(at.%)金属玻璃条带,将样品在403、503、553和593K退火15分钟。通过在NaCl、NaOH、HCl溶液中的静腐蚀、电化学腐蚀,以及拉应力原位作用下的腐蚀性能测试,获得了该金属玻璃条带腐蚀性能与溶液种类和浓度间关系。结合相应的腐蚀形貌观察和EDS分析,分析结构弛豫和拉应力水平对Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃条带腐蚀性能的影响,探索其内在机理。
所有Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃条带XRD谱存在明显的非晶弥散峰,无晶化相峰存在,且弥散峰的半高宽随退火温度升高逐渐变小,峰位略向高角度方向移动。DSC测试分析表明:玻璃态转变前存在一与自由体积释放有关的放热焓峰,而且存在两个晶化放热峰。随着退火温度升高,玻璃态转变放热焓从铸态的28.03J/g连续降低至593K退火后的9.23J/g,而玻璃转变温度,尤其是晶化峰温度Tp则先向高温移动后再向低温移动。这表明在退火过程中,金属玻璃条带发生了明显的结构弛豫(自由体积减小和原子重排)。
在4M(mol/L,下同)NaCl、HCl和NaOH溶液中的静态腐蚀速率测量结果表明:Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃条带在HCl溶液中耐蚀性最差,NaCl次之,NaOH溶液中最好,但均在0.0025mm/y以下,均具有极好的耐蚀性能。随着退火温度的升高,该金属玻璃的耐蚀性能得到进一步提高。0.5、2和4M的NaCl和HCl,以及0.5和2MNaOH溶液中的电化学极化曲线表明:Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃条带耐蚀性随退火温度升高而增强,但随溶液浓度增大而变差。此外,在NaOH溶液中金属玻璃条带很快发生了自钝化行为,没有观察到点蚀发生,耐蚀性最好。在NaCl溶液中样品则是先钝化后点蚀。而在0.5MHCl溶液中也发生了钝化后点蚀的现象,但是在2和4MHCl溶液中钝化现象不明显,耐蚀性最差。
腐蚀形貌微结构观察表明:样品表面主要是一些腐蚀坑组成。随着退火温度升高,腐蚀坑的尺寸和数量明显减小。EDS分析表明:点蚀坑周围钝化区域Zr和Ti等耐蚀性元素富集;点蚀坑内Cu和O含量显著升高,Al,Ti,Zr,Ni含量减小,这可能与元素电负性有关;在腐蚀坑周围区域,Zr元素含量随退火温度升高有所增加,同时耐蚀性增强。
150-250MPa拉应力原位作用下的腐蚀实验表明:Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃条带腐蚀速率比无应力作用时提高了一个数量级,表明该金属玻璃的腐蚀对拉应力敏感。在相同拉应力作用下,Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃条带耐蚀性能在NaOH溶液中最好,NaCl次之,而HCl溶液中最差,且随退火温度升高而增强,与无应力作用的静态腐蚀和电化学腐蚀结果一样。腐蚀形貌观察表明:样品表面存在较大的腐蚀坑和大面积腐蚀痕迹。
总之,Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃条带耐蚀性在NaOH溶液中最好,NaCl次之,而HCl溶液中最差,且均随退火温度升高而增强,在有应力存在时,合金的腐蚀速率提高了一个数量级,表现对应力敏感性。