镁基非晶薄带的制备及其腐蚀行为研究

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非晶合金特有的无规则原子排列结构赋予其许多独特的性能,如高硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。非晶合金独特的性能使其自问世以来就吸引了广泛的研究兴趣,成为材料学和物理学的研究热点。许多合金体系已经被开发出来用于非晶合金的制备,并在生产实际中得到了广泛的应用。镁及镁基合金具有密度低、出色的生物相容性、比强度高、拥有丰富的地球资源和可循环利用等独特优点,使得镁及其合金在航空航天、生物医学、电子工业和汽车等产业中具有广泛的应用前景。但镁的电极电位负于其他合金,其腐蚀抗性很差,腐蚀抗性差严重制约了其大规模应用。随着非晶合金的问世及研究的深入,发现非晶合金不具有晶界、位错等晶体缺陷,其化学成分均匀、单相,这一独特结构对材料腐蚀抗性有显著提高,这为解决镁基合金的腐蚀抗性差提供了新思路。研究合金体系的非晶形成能力,开发新的镁基合金体系,并对制备的非晶合金的腐蚀抗性进行研究,发现提高材料腐蚀抗性的有效途径,为材料的广泛应用有效积累数据具有重要意义。本文中,在不同的单辊旋转速度30m/s和10m/s下,制备了同种成分(Mg67Zn28Ca5)的两种镁基甩带非晶样品M1和M2。采用X射线衍射分析(XRD),差热扫描分析仪(DSC),扫描电镜(SEM)和能量弥散X射线谱(EDS)对制备的非晶样品进行表征试验。并基于镁锌钙非晶合金体系在生物工程及工业领域的巨大应用潜力,本文中选取了两种腐蚀液作为对两种环境的模拟,分别是选取37oC的0.9%NaCl溶液模拟人体环境和室温下的3.5%NaCl溶液模拟工业环境。采用集气法和电化学试验法对样品腐蚀速率和电化学腐蚀性质进行了测试及研究。对经过腐蚀试验的样品,采用SEM观察其表面形貌变化,利用EDS和红外光谱分析(FTIR)表征样品化学成分变化,利用XRD对样品物相组成进行分析。基于本文得到的试验结果,制备的两种薄带样品是完全的非晶结构。通过腐蚀试验数据发现,两种样品都展现出了比纯镁更强的耐腐蚀性。在两种腐蚀溶液中,样品M2展示出比M1更强的耐腐蚀性,这表明非晶制备过程中过冷度越高对非晶的抗腐蚀能力有负面作用。两种样品在室温下的3.5%NaCl溶液中较37oC的0.9%NaCl溶液中有更强的腐蚀抗性,表明温度对两种样品的腐蚀抗性影响较大。腐蚀样品的化学成分分析表明,样品表面富锌,因此样品腐蚀主要是由于镁造成的,表面富锌有效提高了样品的耐腐蚀性。总之,过冷度越高,非晶的耐腐蚀性越差。相对惰性元素的加入可以提高非晶合金的抗腐蚀性。这些准则对非晶合金体系的开发制备有重要意义。
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