ZrCuNiAlNb非晶合金在不同浓度NaCl溶液中的电化学性能开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

非晶态材料很早以前就被人类所使用,例如玻璃。非晶合金又被称为金属玻璃(BMGs),是20世纪60年代以来才发展起来的一种新型材料,被称为21世纪的新型功能材料[1]。由于非晶合金的内部结构的特殊性,原子排列结构为长程无序、短程有序,这种特殊的非晶态结构使得它具有传统晶态金属材料所不具备的诸多优异性能,例如:过冷液态区的形变特性,侵彻过程中的自锐性,随加载速率增加,材料动态断裂韧性大幅度增加等等。有些性能远远高于同类晶态材料。例如,耐蚀性,高强度等等。

非晶合金的研究对于社会、健康、安全、成本以及环境等具有重要的影响。目前,非晶软磁材料主要有Co基非晶合金、Fe基非晶合金和Fe-Ni基非晶合金,其中Co基非晶合金具有强磁性、低矫顽力等性能,经常作为磁屏蔽、磁记录的好材料还因为非晶合金性能优异,工艺过程简单,大大降低了生产成本,近年来已经得到飞速发展目前在材料科学应用中已成为一大研究热点,而且在计算机、通讯和电力电子等高新技术领域具有广阔的应用前景,这对于社会发展有着巨大影响。研究Zr基非晶合金的腐蚀和电化学性能具有重要的理论意义和实际应用价值。

此外,在国防安全方面,美国航空航天局已确定将大块非晶合金应用于空间探索中去[2]。众所周知,在军工方面做为穿甲弹材料已明确列入美国国防部研究计划,大块非晶合金具有类似贫铀合金高绝热剪切敏感性和更高的强度,以及非常好的弹性,成为替代贫铀合金制作穿甲弹的新材料。尽管目前受到制备尺寸的限制,在一些领域还不能大量应用,但在纳米技术迅猛发展的新世纪,非晶合金将是不可缺少的微型组装材料。

在健康方面,谈正中[3]等提出,越来越多的人注意到Mg基非晶合金作为生物材料的可行性,其相对于其他生物材料有着以下优点:无毒,生物相容性好,可降解,与人骨力学性能相近等。尽管Mg基非晶合金动物临床的研究较少,但也表明Mg基非晶合金在生物材料方面的应用前景比晶态镁合金更广。非晶合金还在污水降解上有着重要作用。当然,随着块体非晶合金制备尺寸不断加大,成本不断降低,应用领域会不断扩大。

Kou H C[4]等用电化学方法研究了Ti基和Zr基非晶合金及其相应晶态合金在1 mol/L H2SO4和3.5% NaCl中的腐蚀行为。实验结果表明,在1 mol/L H2SO4溶液中,Zr基非晶合金及其相应晶态的自腐蚀电位远比Ti基的低,而在3.5%NaCl溶液中Zr基晶态合金的自腐蚀电位最低,两种非晶合金均发生点腐蚀和钝化现象。电化学阻抗谱(EIS)测试所得如图1所示,非晶合金比晶态合金具有更好的耐腐蚀性。

图1.在(a)3.5% NaCl溶液和(b)1 mol/L H2SO4溶液中开路电位下

非晶合金和结晶合金的ESI[4]

Wang D P [5]等对Zr-Ni非晶合金在5.85%NaCl溶液中的腐蚀行为进行了研究。研究结果表明Zr2Ni单晶合金的耐蚀性比非晶合金低,特别是腐蚀速率比非晶态合金高近四倍。

Hejwowski T[6]等在3% NaCl溶液中对非晶合金涂层进行了腐蚀试验。实验最终结果表明非晶合金Ni60Nb20Zr20涂层在250 A电弧电流下喷涂,喷涂距离为45-50 mm,显示了优异的耐蚀性和良好的焊后涂层性能。Zr55Cu30Al10Ni5涂层的耐蚀性取决于其孔隙率和相组成,与Fe基硬质相比,Ni和Co基硬质材料具有更高的耐蚀性,涂层中存在裂纹和夹杂物,降低了Fe基硬质涂层的耐蚀性。

Chen X H[7]等进行了(Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5100#8722;x Nbx (at%, x=0,8)块状非晶合金在3.5% NaCl溶液中的动电位极化实验。结果表明,在Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5合金中添加8%Nb可提高合金的耐蚀性,点蚀电位为-52 mV,开路电位为-446 mV,腐蚀电流密度为9.86×10#8722;6 mA/cm2。Nb是一种易钝化的元素,它的加入主要影响复合材料的腐蚀行为,可以稳定Zr和Ti以及提高Th电位。

Li Y H[8]等研究了Zr56Ni25-xAl15Nb4Cux(x=0-15)块状非晶合金的形成能力、力学性能和耐蚀性。研究表明非晶合金在H2SO4、HCl和NaCl溶液中表现出优异的耐蚀性,表现为较高的自腐蚀电位和点蚀电位。动电位极化实验结果如图2所示,由实验结果可以看出,目前的非晶合金在含氯离子溶液中具有良好的耐蚀性。

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