铸态及热处理态ZrCuNiAl块体非晶合金腐蚀与磨损行为

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本文的研究对象为Zr50.7Cu28Ni9Al12.3非晶合金及含不同晶化分数的合金，表征了不同晶化分数合金的微观结构，并研究了ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金在模拟地下水、模拟海水及模拟汗液中的腐蚀与磨损行为，探索了合金在模拟溶液中的腐蚀反应与磨损过程的耦合交互机理。
　　借助透射电子显微镜(TEM)对ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金中的晶体相形态进行了观察，发现在463℃真空热处理时，随着时间的延长，合金的晶体相形态由块状演变为极为复杂的针状，晶化分数为40％合金为晶体相形状临界转变点。
　　结合极化曲线及阻抗图综合评价了ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金在模拟地下水、模拟海水及模拟汗液中的腐蚀行为。极化试验结果表明，在三种模拟溶液中，ZrCuNiAl非晶合金的耐腐蚀性随晶化分数的增加先升高后降低，晶化分数为14%合金的耐腐蚀电位最大；阻抗试验结果表明，晶化分数为14%合金、ZrCuNiAl非晶合金、晶化分数为40%合金和晶化分数为100%合金在三种模拟溶液中的容抗弧直径、阻抗值和电荷转移电阻均逐渐减小，即在三种模拟溶液中的抗腐蚀能力逐渐降低。极化曲线和阻抗图显示，晶化分数为14%合金在三种模拟溶液中抗腐蚀能力最佳最优，并且在模拟地下水和模拟汗液中较316L不锈钢优异，在模拟海水中较Ti-6Al-4V合金优异。
　　采用扫描电子显微镜(SEM)观察到晶化分数为14%合金在三种模拟溶液中具有最轻最少的点腐蚀坑，能谱(EDS)分析结果表明，ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金的腐蚀区域均存在Zr、Ni、Al元素的部分溶解及Cu元素的富集现象。此外在模拟地下水中分别浸泡ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金3天和12天，结果亦表明，晶化分数为14%合金的腐蚀速率和腐蚀程度均小于其他合金。采用X射线光电子能谱(XPS)观察到晶化分数为14%合金在模拟地下水中浸泡12天后，其表面形成富含Zr4+、Al3+、Ni2+而贫乏Cu2+的致密氧化膜。
　　对ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金的维氏硬度进行了试验，合金的硬度随晶化分数的增加先升高后降低，晶化分数为14%合金达到最大临界值。
　　结合摩擦系数、质损量及磨损图片综合评价了ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金在空气和三种模拟溶液中的抗磨损能力。ZrCuNiAl非晶合金及热处理态合金在四种介质中的摩擦系数、质损量和表面粗化程度先降低后增加，晶化分数为14%合金达最小临界值，以上结果表明晶化分数为14%合金在四种介质中表现出最佳的抗磨损能力。润滑膜的形成使其在三种模拟溶液中摩擦系数均低于空气中的，腐蚀反应与磨损过程的正协同作用使其在三种模拟溶液中的质损量均高于空气中的；SEM结果表明，铸态及热处理态合金在三种模拟溶液中的磨损形貌均浅于在空气中的。

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作者
刘静;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名范洪波;
年度 2016
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总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG139.8;
关键词
非晶合金; 腐蚀反应; 磨损行为; 热处理态;

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