微合金化對(duì)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(xué)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(dòng)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(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(MTS)和電阻測(cè)試系統(tǒng)等手段系統(tǒng)的研究了微合金化對(duì)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(xué)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(jìn)含量的合金則為非晶合金基復(fù)合材料。由于添加元素的不同則玻璃形成能力和復(fù)合材料中析出相的形態(tài)也有差異。 DSC和DTA分析表明，相對(duì)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(kāi)始溫度Tx1，明顯降

3、低其熔化開(kāi)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(duì)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(shí)，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(qiáng)其玻璃形成能力，尤其是

4、Mo的摻雜。 在室溫下，采用動(dòng)電位極化和靜態(tài)失重法研究了微量Cr、Mo和W對(duì)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(kāi)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(duì)基體合金耐蝕性能的影響不同，當(dāng)Mo≤2 at％時(shí)，合金的耐蝕性隨著Mo含量增加而增加，當(dāng)Mo>2 at％時(shí)，合金的耐蝕

5、性反而降低了。XPS分析表明，相對(duì)于無(wú)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(jìn)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(yīng)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(xué)反應(yīng)，基于點(diǎn)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(dòng)力學(xué)機(jī)制。 水的電解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Mo含量的增加，電極過(guò)電位逐漸降低，活性逐漸增強(qiáng)。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(yīng)的進(jìn)行。SEM和EDX分析表明，Mo的摻雜加快金屬Cu在電解過(guò)程中的析出，導(dǎo)致電極表面粗糙度及Ti、Zr含量增大，這不僅有利于Volmer反應(yīng)發(fā)生，還有利于H

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

8、％Mo塊體非晶合金復(fù)合材料可能以不同的方式影響剪切帶的行為進(jìn)而提高材料的整體塑性。而5 at％Mo復(fù)合材料的第二相體積分?jǐn)?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(cè)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(wú)Mo塊體非晶合金具有負(fù)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