微合金化對Cu基塊體非晶合金形成和性能的影響.pdf

1、本論文利用X射線衍射分析儀(XRD)、光學顯微系統(tǒng)(OM)、示差掃描量熱儀(DSC)、差熱分析儀(DTA)、X射線光電子能譜儀(XPS)、動電位極化、失重分析法、交流阻抗譜(EIS)、掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜分析儀(EDX)、電液伺服萬能材料試驗機(MTS)和電阻測試系統(tǒng)等手段系統(tǒng)的研究了微合金化對Cu47Zr11Ti34Ni8大塊非晶合金的形成、腐蝕行為、電解水析氫活性、壓縮力學性能及熱電阻的影響。 采用電弧熔煉/水冷銅

2、模吸鑄法制備了Ф3mm和Ф4mm的(Cu47Zr11Ti34Ni8)100-xMx (M=Cr,Mo,W; x=0~5 at％)合金。XRD和OM分析表明，含有少量M的合金基本為單相非晶，而較高M含量的合金則為非晶合金基復合材料。由于添加元素的不同則玻璃形成能力和復合材料中析出相的形態(tài)也有差異。 DSC和DTA分析表明，相對于基體合金(x=0)而言，Cr、Mo和W的微量添加均顯著提高其玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和晶化開始溫度Tx1，明顯降

3、低其熔化開始溫度Tm和液態(tài)溫度Tl，從而增大了約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度Trg (=Tg/Tm或Tg/Tl)和參數(shù)g(=Tx1/(Tg+Tl))。其中，含Mo合金具有最低的Tm和Tl以及最大的Trg和g。對不同Mo含量的非晶合金的研究表明，隨Mo含量的增加，Tg和Tx1顯著增加而Tm和Tl明顯降低，從而Trg和g值隨Mo含量的增加而增大，且熔化特征從兩步變?yōu)閱尾?。這些現(xiàn)象證實，微合金化既可提高基體合金玻璃態(tài)的熱穩(wěn)定性又可增強其玻璃形成能力，尤其是

4、Mo的摻雜。 在室溫下，采用動電位極化和靜態(tài)失重法研究了微量Cr、Mo和W對基體合金在含氧的酸和堿性介質(zhì)中的腐蝕行為。結(jié)果表明，這些元素的添加明顯提高了基體合金的耐蝕性能。在所有的非晶態(tài)合金中，含Mo合金具有最低的腐蝕速率、鈍化電流密度、鈍化開始電位和最高的鈍化膜破裂電位，因而其具有最好的耐蝕性能。不同Mo含量對基體合金耐蝕性能的影響不同，當Mo≤2 at％時，合金的耐蝕性隨著Mo含量增加而增加，當Mo>2 at％時，合金的耐蝕

5、性反而降低了。XPS分析表明，相對于無Mo合金而言，Mo的添加促使合金表面形成富Zr、Ti氧化物而貧Cu、Ni氧化物的鈍化膜，進而提高了合金的抗腐蝕性能。恒電流階躍分析表明，Mo的添加增加了表面鈍化膜的形成速度和致密度。EIS分析表明，Mo的摻雜增加了基體合金中的“氧空位”和表面活性，抑制了陰離子空位在金屬/表面膜（M/F）界面上形成，促使Zr、Ti元素在M/F界面上快速形成相應的氧化物，并增加了鈍化膜中氧化層的厚度和穩(wěn)定性。另外，根據(jù)

6、該體系在電解質(zhì)中的電化學反應，基于點缺陷模型（PDM）分析了微合金化提高Cu基塊體非晶合金耐蝕性能的動力學機制。 水的電解實驗結(jié)果表明，隨著Mo含量的增加，電極過電位逐漸降低，活性逐漸增強。借用Arrhenius方程得到，Mo的摻雜降低了合金的表觀激活能，有利于電解析氫反應的進行。SEM和EDX分析表明，Mo的摻雜加快金屬Cu在電解過程中的析出，導致電極表面粗糙度及Ti、Zr含量增大，這不僅有利于Volmer反應發(fā)生，還有利于H

7、eyrovsky反應或Tafel反應發(fā)生，從而提高了電極的電解活性。 力學性能測試表明，適量Mo的添加能顯著改善基體合金的準靜態(tài)壓縮力學性能。其中，含2 at％Mo銅基塊體非晶合金具有較大的塑性應變量和較高的強度，兩者的值分別達到2.31 ％和2. 21GPa；而3 at％Mo銅基塊體非晶合金基復合材料則具有最高的強度和塑性應變量，兩者的值分別為2.24 Gpa和3.82％。分析認為，2 at％Mo“塑性”塊體非晶合金與3 at

8、％Mo塊體非晶合金復合材料可能以不同的方式影響剪切帶的行為進而提高材料的整體塑性。而5 at％Mo復合材料的第二相體積分數(shù)較高且尺寸較大，在宏觀上呈脆性斷裂。 利用自制的電阻測量系統(tǒng)，研究了(Cu47Zr11Ti34Ni8)100-xMox(x=0,2)塊體非晶合金電阻率隨溫度變化的特征。結(jié)果表明：1)無Mo塊體非晶合金具有負的電阻溫度系數(shù)(TCR= -1.64×10-4)而含Mo合金具有正的TCR(=1.86×10-4)，這可