鋯基非晶合金在過冷液相區(qū)的氧化行為.pdf

1、針對非晶合金在過冷液相區(qū)進(jìn)行熱塑性成形時的氧化問題，本研究分析了加熱條件、表面形貌和應(yīng)力狀態(tài)對Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金氧化行為的影響，討論了其在過冷液相區(qū)的氧化機(jī)理，并評價了氧化后非晶合金樣品的綜合性能。
　　通過改變加熱溫度和保溫時間，觀察在不同加熱條件下非晶合金的氧化行為。根據(jù)熱重曲線和等溫晶化曲線，發(fā)現(xiàn)其氧化動力學(xué)行為遵循多級拋物線速率定律，且其動力學(xué)行為轉(zhuǎn)變是由晶化引起的。氧化層表面會形成由單質(zhì)Cu和CuO組

2、成的析出顆粒，氧化層的主要成分是t-ZrO2、m-ZrO2以及Al2O3。隨著氧化程度的加劇，氧化層結(jié)構(gòu)由單層向多層轉(zhuǎn)變。非晶合金在過冷液相區(qū)的氧化速率是由離子擴(kuò)散控制的，Cu離子向外擴(kuò)散而O離子向內(nèi)擴(kuò)散。
　　通過表面磨拋處理，使非晶合金獲得不同的表面形貌，分析表面形貌對氧化速率的影響。研究表明，隨著磨料粒徑增大，表面析出顆粒的尺寸和數(shù)量升高，而氧化層厚度也隨之增加。熱動力學(xué)分析證明，粗糙表面對氧化的促進(jìn)作用是由表面劃痕尖銳度，

3、而不是表面粗糙度直接決定的。從擴(kuò)散動力學(xué)的角度，解釋了粗糙表面對非晶合金氧化的促進(jìn)機(jī)理。
　　通過在氧化過程中對樣品施加恒定的拉/壓載荷，分析應(yīng)力狀態(tài)對非晶合金氧化行為的影響。研究證實，壓應(yīng)力可以抑制非晶合金的氧化，而拉應(yīng)力則能促進(jìn)非晶合金的氧化，但是兩者的作用效果都比較有限。
　　基于對氧化前后非晶合金樣品微觀組織和化學(xué)成分的分析，討論其在過冷液相區(qū)的氧化機(jī)理。在氧化早期，氧化物通過晶格擴(kuò)散以樹枝晶形態(tài)生長。當(dāng)基體層完全晶

4、化以后，氧化層通過晶界擴(kuò)散進(jìn)行生長。Cu離子持續(xù)從氧化層中的晶界處向外擴(kuò)散，導(dǎo)致氧化層中出現(xiàn)相互連通的縫隙。氣態(tài) O2分子通過這些縫隙進(jìn)入氧化層內(nèi)部，一方面繼續(xù)推進(jìn)氧化層的生長，另一方面也導(dǎo)致在已形成的氧化層中出現(xiàn)新的亞層結(jié)構(gòu)。
　　采用納米壓痕、納米劃痕和動電位掃描評價氧化后非晶合金樣品的微觀硬度、摩擦系數(shù)和耐蝕性能，分析氧化對非晶合金性能的影響。研究表明，在氧化后，氧化層和基體層的微觀硬度顯著提高；表面摩擦系數(shù)下降，有利于降低