合金元素Ti对ZrCu系块体非晶合金的非晶形成能力和合金性能的影响研究

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研究块体非晶合金玻璃形成能力的提高以及各种性能改善,可以促进非晶合金的发展及应用。本文在已有非晶合金Cu46Zr46Al8的基础上,添加Ti对其进行合金化。制备出新型块体非晶合金Cu46Zr46Al4Ti4和Cu46Zr45Al8Ti1。利用XRD和DSC对其非晶态结构进行表征并研究了它们的热力学性能;并对其室温压缩性能进行了研究;采用电化学方法研究了非晶合金在质量分数为3.5%的NaCl和1mol/L的NaOH溶液中的电化学行为。得到以下结论:(1)制备出了Cu46Zr46Al4Ti4和Cu46Zr45Al8Ti1块体非晶合金。两种非晶合金的晶化温度Tx和过冷液相区ΔTx都减小,表明非晶形成能力降低了。与非晶合金Cu46Zr46Al4Ti4相比,Cu46Zr45Al8Ti1具有较好的热稳定性。(2)两种非晶合金弹性变形之后,没有发生明显的塑性变形。Cu46Zr46Al4Ti4的断裂强度为1795MPa,比Cu46Zr46Al8的增加了约12%,微量Ti元素的加入明显提高了非晶合金的断裂强度。Cu46Zr45Al8Ti1的断裂强度为1650MPa,与Cu46Zr46Al8基本相同。对于非晶合金Cu46Zr46Al4Ti4,断裂时断面绝热升温程度的不同,造成多种不同的断裂形貌。熔化区域及脉络状花样表明,非晶合金在断裂时释放了大量的应变能,使断面产生较大的绝热温升。形成光滑无特征区的原因可能是由于此区域的温升较小,以至于断裂面区域粘度降低不明显,难以形成脉状花样;非晶合金Cu46Zr45Al8Ti1断面表面不仅有脉络状花样形貌,还有大量的熔滴及熔融区域,其中脆断区域面积较大。相对数量较少的脉络状及河流状花样表明此非晶合金的塑性较差。(3)含淬态晶体相的合金Cu46Zr46Al4Ti4在达到应力极限后即发生脆性断裂。压缩断裂强度为1303MPa,比Cu46Zr46Al4Ti4完全非晶合金减少了约25%。表面有多种形貌,主要是脆断形貌。合金中非晶部分和晶体部分同时影响非晶的断裂行为,造成了韧性和脆性的混合断裂方式。晶体相与非晶基体之间的结合界面是应力容易集中的区域,容易形成裂纹和导致裂纹扩展。含晶体相的合金Cu46Zr45Al8Ti1的断裂情况与Cu46Zr46Al4Ti4类似。(4)极化曲线测试结果表明:在3.5%NaCl溶液中,Cu46Zr46Al4Ti4块体非晶合金的腐蚀电流比相应的Cu46Zr46Al8小一个数量级,而Cu46Zr45Al8Ti1腐蚀电流减小的程度要小。电化学阻抗谱所得结果也跟极化曲线一致。该实验结果表明,添加Ti微合金化能提高Cu46Zr46Al8非晶合金的耐腐蚀性能,且Cu46Zr46Al4Ti4比Cu46Zr45Al8Ti1的耐腐蚀能力更好。Ti可通过抑制阴极过程使腐蚀电位下降,从而使腐蚀速度降低,其机理可能是Ti的加入降低了活性阴极的面积或增加了氧的离子化过电位;在1mol/L的NaOH溶液中,极化曲线和电化学阻抗谱所得结果表明:Ti替换Al并没有显著改变非晶合金的耐腐蚀能力。这可能是由于非晶合金本来就具有很高的耐腐蚀能力,使得Ti的加入对非晶合金的耐腐蚀性影响不明显。
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