过渡族元素添加对CuZr基金属玻璃耐蚀性的影响

论文摘要

金属玻璃被誉为继钢铁和塑料之后材料领域的第三次革命,随着该材料工程化应用的推进,腐蚀问题引起了人们极大的兴趣。金属玻璃具有各向同性以及成分设计的灵活性和可行性,为深入认识腐蚀问题提供了全新的视角。本论文选取了Cu47.5Zr47.5Al5成分为基体的金属玻璃,根据与Cu、Zr元素混合焓的正负,加入2at%-4at%的过渡族元素Co、Fe、Mn,验证过渡族元素的添加对金属玻璃的玻璃形成能力以及耐蚀性的影响,并对吸铸出的金属玻璃进行XPS分析,获得的主要结论如下：过渡族元素（Fe、Co和Mn）的加入,降低了CuZr基金属玻璃的玻璃形成能力。其中,过渡族元素的加入量越大,玻璃形成能力下降得越多。过渡族元素添加到2at.%-4at.%时,可吸铸出1至1.5mm的金属玻璃。过渡族元素Fe和Co的加入,可以提高CuZr基金属玻璃的耐蚀性,而且加入量越多,耐蚀性提高得越多。而Mn元素的加入则降低了CuZr基金属玻璃的耐蚀性。CuZr基金属玻璃加入Co为4at.%时,金属玻璃的耐蚀性最好。而加入Mn为4at.%时,金属玻璃的耐蚀性最差。同时,CuZr基金属玻璃加入4at.%Co时,无论是晶态还是非晶态,耐蚀性都将强于基体金属玻璃。但非晶态的金属玻璃的耐蚀性高于晶态的合金,并且比晶态合金耐蚀性更稳定。CuZr基金属玻璃加入Co和Mn之后,表面实现了“Zr富集”。“Zr富集”的程度越高,金属玻璃的耐蚀性越好。加入Co、Mn之后,无论是抛光还是在0.5mol/L的NaCl溶液中24小时浸泡腐蚀,金属玻璃表面的Zr都以Zr4+的形式存在。其中,抛光后的样品在表层以下才开始出现Zr0,并且随着深度的增加,Zr0比例增大。过渡族元素Co、Mn的加入,促进了CuZr基金属玻璃的表面“Zr富集”。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 非晶材料综述
• 1.1.1 非晶材料历史
• 1.1.2 金属玻璃（非晶）的结构模型
• 1.1.3 Al基金属玻璃与Fe基金属玻璃
• 1.2 金属玻璃（非晶）的腐蚀
• 1.2.1 腐蚀简介
• 1.2.2 二元合金的选择性溶解
• 1.2.3 钝化与钝化膜的稳定性
• 1.2.4 点蚀的微观过程
• 1.2.5 微合金化在腐蚀中的应用
• 1.2.6 未来金属材料对腐蚀控制的要求
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 基体的选择
• 2.1.1 CuZr相关金属玻璃
• 2.1.2 CuZrAl系列金属玻璃
• 2.2 基体成分的确定
• 2.2.1 基体合金的选择
• 2.2.2 基体成分最终确定
• 2.3 添加元素
• 2.4 样品熔炼与金属玻璃的制备
• 2.5 结构表征
• 2.6 电化学测试仪器设备介绍
• 2.7 表面化学分析
• 2.7.1 X射线光电子能谱技术（XPS）的原理
• 2.7.2 表面层得定性与定量分析
• 2.7.3 金属表面钝化膜的探测
• 2.8 实验样品的处理与准备
• 第3章 CuZr基金属玻璃的制备与临界电位的测定
• 3.1 XRD分析
• 3.1.1 不同Fe含量CuZr基金属玻璃
• 3.1.2 不同Co含量CuZr基金属玻璃
• 3.1.3 不同Mn含量CuZr基金属玻璃
• 3.2 腐蚀测试
• 3.2.1 对Fe元素的加入对CuZr基金属玻璃耐蚀性的影响
• 3.2.2 对Co元素的加入对CuZr基金属玻璃耐蚀性的影响
• 3.2.3 对Mn元素的加入对CuZr基金属玻璃耐蚀性的影响
• 3.2.4 临界电位比较
• 0.475Zr_0.475Al_0.05)₉₆Co₄的晶态和非晶态结果对比'>3.2.5 Cu_0.475Zr_0.475Al_0.05)₉₆Co₄的晶态和非晶态结果对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 腐蚀表面化学分析
• 4.1 XPS全谱扫描
• 4.2 XPS结果分析
• 4.2.1 XPS结果拟合
• 4.2.2 样品深层分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢