稀土微合金化对铜基非晶合金形成能力和腐蚀行为的影响

摘要

块体非晶合金由于良好的物理化学性能受到材料科学工作者的广泛关注。微合金化技术作为改善材料性能的重要手段，在非晶合金的研究领域也发挥了重要作用。本文在Cu-Zr-Al块体非晶合金的基础上，通过稀土微合金化设计了合金成分，利用X-射线衍射分析(XRD)、差分扫描量热分析法(DSC)、差热分析法(DTA)和电化学极化曲线法研究了稀土微合金化对合金的结构、非晶形成能力、热稳定性及腐蚀行的影响。
　　 本文选取具有较大玻璃形成能力的Cu50Zr45Al5作为基础合金，稀土Y，Ce，Sm，La作为微合金化添加元素，采用铜模吸铸法制备出成分为(Cu50Zr45Al5)100-xREx的合金试样。利用XRD和金相显微镜对合金试样进行了组织结构分析，结果表明，微量稀土添加后，合金为完全的非晶态，随着稀土元素含量提高，合金不再是完全的非晶态，有Cu10Zr7，CuZr以及Zr2Cu相的析出。
　　 用差热分析技术研究了微量稀土元素对Cu基非晶合金玻璃形成能力和热稳定性的影响。稀土元素具有相似的原子半径和物理化学性能，它们与母相合金各组元具有大的原子尺寸比、负的混合焓等，稀土元素的添加有利于提高Cu-Zr-Al系非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性。分析结果表明，当Y、Sm、La≤2 at.％时，合金试样的Trg在0.595到0.615之间、γ在0.402到0.410之间、△Tx在55K到66K之间，具有较大的玻璃形成能力和热稳定性。当稀土元素含量超过2 at.％时，对非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性不再有积极作用。微量Ce的添加降低了合金的热稳定性，但对合金的玻璃形成能力影响不大。
　　 非晶合金由于特殊的原子结构，具有良好的耐腐蚀性。本文通过对设计的Cu-Zr-Al-RE系非晶合金试样在3.5％NaCl溶液中的电化学实验发现，合金自腐蚀电位EC在-480mV到-535mV之间，腐蚀电流密度ic在6μA/cm2到20μA/cm2之间。合金的自腐蚀电位Ec随Y的添加逐渐降低，当Y=3 at.％时达到最低的-533mV，Y的添加对合金的ic影响不明显。随着Ce含量的增加，合金的ic逐渐提高，当Ce≤3 at％时，合金的ic低于基础合金Cu50Zr45Al5(Ec=-487mV，ic=16.8μA/cm2)，Ce的含量超过3 at％时合金的耐腐蚀性开始降低，微量Ce对合金自腐蚀电位的影响不大；微量Sm和La都降低了合金的自腐蚀电流密度ic，对合金的自腐蚀电位Ec影响不大。
　　 通过与成分为Zr55Cu30Al10Ni5(Ec=-500mV，ic=12.6nA/cm2)的非晶合金比较发现，稀土元素的添加对Cu基非晶合金的耐腐蚀性没有明显的提高，说明对于Cu基非晶合金而言，结构并不是影响耐腐蚀性最重要的原因，合金成分以及各成分含量也是影响腐蚀行为的重要因素。Cu-Zr-Al-RE系非晶合金具有良好的耐Cl-点蚀能力，当合金为完全的非晶态时，发生均匀腐蚀，当合金不是完全的非晶态时，合金发生局部腐蚀。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1非晶合金的简介以及发展历史

1.1.1非晶合金的发展

1.1.2非晶合金的性能及其应用

1.1.3非晶合金的制备方法

1.1.4非晶合金形成能力判据

1.2大块非晶合金的微合金化

1.2.1微合金化技术及其应用

1.2.2微合金化技术在块体非晶合金领域的应用

1.2.3块体非晶合金的稀土微合金化

1.3大块非晶合金的腐蚀性研究

1.4 Cu基块体非晶合金

1.5本课题意义和目的

第二章合金的成分设计与制备

2.1非晶合金成分设计思想

2.2 Cu-Zr-Al-RE系合金微合金化成分设计

2.3 Cu-Zr-Al-RE系合金的制备

2.3.1试验材料与试验设备

2.3.2合金试样的制备

2.4分析与讨论

2.5本章小结

第三章快速凝固Cu-Zr-Al-RE系合金的组织结构

3.1试验方法

3.2试验结果与分析

3.2.1 Cu-Zr-Al-Y系合金的组织结构

3.2.2 Cu-Zr-Al-Ce系合金的组织结构

3.2.3 Cu-Zr-Al-Sm系合金的组织结构

3.2.4 Cu-Zr-Al-La系合金的组织结构

3.3本章小结

第四章稀土元素对Cu基非晶合金玻璃形成能力的影响

4.1试验方法

4.2试验结果与分析

4.2.1 Cu-Zr-Al-Y系非晶合金玻璃形成能力

4.2.2 Cu-Zr-Al-Ce系非晶合金玻璃形成能力

4.2.3 Cu-Zr-Al-Sm系非晶合金玻璃形成能力

4.2.4 Cu-Zr-Al-La系非晶合金玻璃形成能力

4.3分析与讨论

4.4本章小结

第五章稀土元素对Cu基非晶合金腐蚀行为的影响

5.1试验方法

5.2试验结果与分析

5.2.1 Y对Cu基非晶合金腐蚀行为的影响

5.2.2 Ce对Cu基非晶合金腐蚀行为的影响

5.2.3 Sm对Cu基非晶合金腐蚀行为的影响

5.2.4 La对Cu基非晶合金腐蚀行为的影响

5.2.5 Cu-Zr-Al-RE系非晶合金与其他合金腐蚀性比较

5.3分析与讨论

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致 谢