溶质元素对Al-Ni-RE基非晶合金骨架相结构及腐蚀行为研究

摘要

Al基非晶合金具有优异的机械和耐腐蚀性能，在结构材料及功能材料领域有很好的应用前景。在目前所知的Al基非晶中，Al-TM-RE非晶合金系由于良好的非晶形成能力和优异的性能成为了人们最受关注的一类。而在腐蚀条件下，非晶合金结构的变化将直接影响其耐腐蚀性能。关于由腐蚀引起的相分离现象及团簇演变对非晶合金亚稳点蚀方面的影响目前还是未解决的问题。本文选择了通过单辊甩带法制备的Al-Ni-RE（RE=Gd或Y）非晶合金作为研究对象，通过改变溶质元素的含量及种类分别研究了在强腐蚀条件下和3.5wt.％ NaCl溶液腐蚀条件下非晶合金结构及耐腐蚀性的变化情况。同时采用分子动力学模拟的方法对非晶合金内部结构进行进一步分析，揭示元素添加对结构与耐蚀性的影响。
　　采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学工作站分析了在强导电腐蚀溶液（硝酸甲醇溶液）中由腐蚀导致的Al94-xNixGd6(x=6和10)非晶合金的晶化，相分离，氧化以及开裂的行为。透射电镜的结果表明在双喷电解腐蚀的孔的边缘产生了晶化的金属间化合物以及氧化物，同时在冷却速度为29.3m/s的原始样品中出现了相分离的现象。尽管Al-Ni-Gd非晶合金中元素之间混合焓都为负，但通过我们建立的物理模型分析在存在高度有序化结构的成分处相分离的发生是可能存在的。Ni元素的含量对相分离，弯曲和开裂的影响可以归因于随着Ni含量的增加非晶合金及其熔体中骨架原子团簇的逾渗被进一步促进的结果。除此之外，高的冷却速度也有利于骨架原子团簇的逾渗，这会使得条带亮面跟暗面存在结构的差异，在腐蚀之后会出现弯曲跟开裂的现象。
　　通过X射线衍射仪(XRD)、差式扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和电化学工作站等多种测试手段并结合分子动力学模拟方法来研究了Y元素替换Gd元素对团簇的演变和相应对亚稳点蚀的影响。分析结果发现XRD谱图中肩膀峰的面积，第二、第三晶化焓及以Ni为中心的＜0360＞团簇的数目随着Y含量的增加而增加，但初次品化温度及晶化焓却随之降低。在电化学极化过程中Y替换及退火处理都能够加剧亚稳点蚀的现象并形成一层更厚的氧化铝钝化膜。这是由于Y对Gd的替换使得非晶合金中以Ni为中心原子的团簇的偏聚倾向加强，同时也促进了富Al填充原子团簇的有序化，使得加Y的非晶合金其内应力增大，导致亚稳点蚀的加剧。

目录

声明

摘要

本文创新及主要贡献

第一章 绪论

1．1 非晶合金及其发展历史

1．1．1 非晶合金的发展历史

1．1．2 非晶合金的性能及其应用

1．2 铝基非晶合金的研究概况

1．2．1 铝基非晶台盒的发展历史

1．2．2 铝基非晶台金的结构

1．2．3 相分离现象

1．3 本课题研究的目的及主要研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 主要研究内容

参考文献

第二章 试验方法及设备

2．1 研究方案及技术路线

2．2 试验材料及制备

2．3 样品处理工艺及装备

2．3．1 浸泡处理

2．3．2 退火处理

2．3．3 分子动力学模拟

2．4 试验设备

2．4．1 X射线衍射仪

2．4．2 差示扫描量热仪(DSC)

2．4．3 透射电子显微镜(TEM)

2．4．4 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．5 电化学工作站

2．4．6 原子力显微镜

2．4．7 箱式电阻炉

2．5 本章小结

参考文献

第三章 镍添加对铝基非晶合金结构及在强导电腐蚀溶液中的腐蚀的影响

3．1 引言

3．2 结果

3．2．1 Al94-xNixGd6(x=6和10)非晶合金原带的XRD图谱和TEM图片

3．2．2 Al94-xNixGd6(x=6和10)非晶合金的腐蚀行为

3．3 讨论

3．3．1 Al94-xNixGd6(x=6和10)非晶合金原始条带的结构特征

3．3．2 Al94-xNixGd6(x=6和10)非晶合金腐蚀后的晶化，相分离和氧化行为

3．3．3 Al94-xNixGd6(x=6和10)非晶合金腐蚀之后的弯曲和开裂行为

3．4 结论

参考文献

第四章 Y替换在Al-Ni-Gd非晶合金团簇演变及腐蚀行为中的作用

4．1 引言

4．2 结果

4．3 讨论

4．3．1 Al基非晶合金中Y元素的替换对Ni为中心团簇的强化

4．3．2 Al基非晶合金中Y元素的替换对富Al团簇的强化有序化

4．3．3 Al基非晶合金中亚稳点蚀的加重现象

4．4 结论

参考文献

第五章 结论

致谢

表论文

加学术会议

与科研项目

所获奖励