【正文】 .........................................................4 熱力學(xué)條件 ..................................................................................................5 動(dòng)力學(xué)條件 ..................................................................................................6 大塊非晶的制備 ..................................................................................................6 吸鑄法 ..........................................................................................................7 固結(jié)成型法 ..................................................................................................7 鋯基大塊非晶合金的耐腐蝕性研究現(xiàn)狀 ..........................................................9 合金的組成元素和元素含量 .....................................................................9 腐蝕介質(zhì)的影響 .......................................................................................12 本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其目的 ....................................................................................12第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法 ..............................................14 試樣的制備及其過(guò)程 .......................................................................................14 合金材料的成分配置 ...............................................................................14 母合金的熔煉 ...........................................................................................15 實(shí)驗(yàn)所用主要儀器 ...........................................................................................16 浸泡實(shí)驗(yàn) ...........................................................................................................21 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 ...................................................................................................21 實(shí)驗(yàn)方法 ...................................................................................................22 實(shí)驗(yàn)步驟 ...................................................................................................22 電化學(xué)實(shí)驗(yàn) .......................................................................................................23第三章 ZrCuAlNb 非晶合金的耐蝕性 ...................................26 非晶合金的組織測(cè)試 .......................................................................................26 浸泡試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果分析 ...............................................................................27 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 ....................................................................................................27 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 ........................................................................................27 非晶合金電化學(xué)實(shí)驗(yàn) ........................................................................................31 電化學(xué)極化曲線的測(cè)量與分析 ................................................................31 電化學(xué)腐蝕后試樣形貌分析 ...........................................................................37結(jié) 論 ..............................................................39參考文獻(xiàn) ...........................................................40致 謝 .............................................................42第一章 緒 論 金屬在熔化后，內(nèi)部原子處于活躍狀態(tài)。 國(guó) 內(nèi) 外 非 晶 的 研 究 進(jìn) 展我國(guó)對(duì)非晶合金的研究從 1976 年開始，國(guó)家科委一直將非晶合金的研究、開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化列入重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。合金系列涉及到過(guò)渡金屬一類金屬系、鋯基、鉬基、鎂基等，研究方法覆蓋了從模鑄法到水淬、粉末冶金、區(qū)域熔煉等多種方法。由于不存在晶界、沉淀相相界、位錯(cuò)等容易引起局部腐蝕的部位，同時(shí)也不存在晶態(tài)合金容易出現(xiàn)的成分偏析，所以非晶合金在結(jié)構(gòu)和成分上都比晶態(tài)合金更均勻，因而具有更高的抗腐性 [5]。cm 140 50密度/g此外，Inoue 和 JohnsonE 教授等在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)此做了進(jìn)一步闡述，從拓?fù)鋵W(xué)和化學(xué)的觀點(diǎn)提出這些多組元大塊非晶合金體系的過(guò)冷液相具有以下特征：一：具有高度無(wú)序的密集堆垛結(jié)構(gòu)；二：其局部原子結(jié)構(gòu)明顯不同于相應(yīng)的結(jié)晶相；三：各組元元素的分布在長(zhǎng)程上是均勻的 [8]。原子尺寸差異較大的多組元組合形成的隨機(jī)密堆結(jié)構(gòu)大大降低了過(guò)冷液態(tài)與晶態(tài)的焓變 H 的絕對(duì)值( 因?yàn)?H 是負(fù)數(shù)，所以實(shí)際上是增加的 )并增大固液界面能，H 的增加導(dǎo)致了 G 的增加，抑制了晶體的形核與生長(zhǎng)，增大了非晶形成能力，宏觀上表現(xiàn)為合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度 Tk 和晶化溫度 TX 升高，過(guò)冷液相區(qū)間 TX 變大 [10]。1984 年 和 等人通過(guò) B2O3 溶劑包裹的方法獲得尺寸接近 10rmn 的大塊 PdNi P 非晶合金。一些高效率、低成本的成型方法和一些新的成型工藝都可用于制備大體積非晶，下面以吸鑄法和非晶粉末固結(jié)成形法為例進(jìn)行介紹。的負(fù)壓，在壓力差 △P＝P1 +P。將獲得的非晶粉末收集起來(lái)過(guò)篩，篩掉較大粒度的可能發(fā)生晶化的顆粒。如果沖擊點(diǎn)的速度小于復(fù)合帶中的聲速，那么在動(dòng)板下表面將形成一股凈化射流。 鋯 基 大 塊 非 晶 合 金 的 耐 腐 蝕 性 研 究 現(xiàn) 狀 合金的組成元素和元素含量當(dāng)鋯基大塊非晶合金由于較好的穩(wěn)定性和機(jī)械性能被用于結(jié)構(gòu)材料時(shí)，它們?cè)诟鞣N使用環(huán)境中(如溶液中)還必須具有較好的耐腐蝕性。圖 13 表示 295K 時(shí)三種鋯基大塊非晶合金Zr60A110Ni10CuZr 、Zr 55Nb5Al10Ni10Cu20 和純鋯金屬在 3％的 NaCl 溶液中電流密度與電位的關(guān)系曲線。(2)實(shí)驗(yàn)表明，鋯基非晶合金在堿溶液中具有非常好的耐腐蝕性，表現(xiàn)出良好的鈍化特性，鈍化區(qū)間很寬，鈍化電流密度較低，是因?yàn)楸砻嫔傻难趸飳?duì)合金形成一定的保護(hù)。因此本論文主要在以下幾方面展開研究工作：(1)采用浸泡試驗(yàn)法和電化學(xué)方法綜合研究非晶合金 ZrCuAlNb 不同配比成分下在 3mol/LH2S03mol/LNaOH、％NaCl、 3mol/LHNO3mol/LHCL配比溶液中的耐腐蝕性，得到合金腐蝕過(guò)程中的各種參數(shù)，通過(guò)分析各參數(shù)比較耐蝕性的差異并找到導(dǎo)致差異的原因(內(nèi)在機(jī)制)。合金配料表如下：元素原子比 Zr 重 Cu 重 Al 重 Nb 重 標(biāo)注：下文中把五個(gè)試樣簡(jiǎn)稱為 NbNbNbNbNb5先將桿狀或塊狀的高純 ZrCuAlNb 金屬材料剪成或鋸成小塊金屬料，然后依次用丙酮和酒精分兩次在超聲波清洗器中進(jìn)行超聲波震蕩清洗，以去除材料表面的雜質(zhì)、油垢等，最后用電吹風(fēng)機(jī)吹干后，再經(jīng)電子秤進(jìn)行稱量。(2)每次裝料熔煉前都必須將鎢極、爐蓋、爐腔、銅模底盤、塑料套圈用工業(yè)酒精擦拭幾遍力，求無(wú)雜質(zhì)。（3）單盤金相拋光機(jī)本實(shí)驗(yàn)采用 PG1A 型金相拋光機(jī)對(duì)固封試樣進(jìn)行拋光，拋光時(shí)首先在拋光布上噴涂拋光劑，將其涂抹均勻后，將試樣水平放置于拋光布上進(jìn)行拋光，并且不斷向拋光布上噴水。它所能包含的測(cè)試技術(shù)就有九種之多。大塊非晶合金的腐蝕現(xiàn)象和熔體旋轉(zhuǎn)非晶合金的現(xiàn)象相同。（3）在超聲波清洗器中先后用丙酮和酒精各清洗 15 分鐘，除去油污和表面夾雜的顆粒等，然后使之干燥。 電 化 學(xué) 實(shí) 驗(yàn)將切割好的直徑 2mm 長(zhǎng)度 4mm 試樣在超聲波清洗器中先后用丙酮和乙醇進(jìn)行超聲清洗，各清洗 5 分鐘左右，去除表面夾雜的顆粒。輔助電極的作用是在電化學(xué)測(cè)量中與研究電極構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)極化回路，使得研究電極上電流通暢，以保證所研究的反應(yīng)在研究電極上發(fā)生，我們采用的輔助電極為鉑片。從圖上可以看出，試樣在衍射角 2θ=300～40 0 之間有一個(gè)明顯的彌散峰，沒(méi)有明顯的晶化峰存在，X 射線精度范圍內(nèi)都是非晶態(tài) ,這是非晶合金結(jié)構(gòu)的典型特征。在 %的氯化鈉溶液中，其失重率隨著 Nb 含量的增加而減小，可知在 3mol/L 的鹽酸溶液中Nb5 的耐蝕性最好。非晶合金在 3mol/L 的硝酸溶液中的失重率可以看出在 3mol/L 的硝酸溶液中，其失重率大小為 Nb1Nb4Nb5Nb3Nb2，所以在 3mol/L 的鹽酸溶液中 Nb2 的耐蝕性最好。而在 % NaCl 中的失重率比在鹽酸之外的其他溶液中都大得多，再比較在 3mol/L HCl 和在 % NaCl 溶液中的失重率，在 % NaCl 溶液中失重率明顯小于在 3mol/L HCl 溶液中的失重率，可能是因?yàn)樵?% NaCl 溶液（Cl濃度 ）中 Cl濃度小于在3mol/L HCl 溶液中的 Cl濃度，因此有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證（配制同等 Cl濃度的 HCl 溶液和 NaCl 溶液作浸泡實(shí)驗(yàn)） 。這也與浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。Nb3 的自腐蝕電位最高，因此在硫酸溶液中耐蝕性最好的是 Nb3，而浸泡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示是 Nb2 和 Nb3 的耐蝕性最好，通過(guò) Nb 在硝酸浸泡實(shí)驗(yàn)中的腐蝕速率，我們可以看出他們?cè)谄渲械母g速率都很小，因此在硝酸溶液中 Nb3 的耐蝕性最好。試樣在 HCl、NaCl 中電化學(xué)腐蝕比較嚴(yán)重，而在 H+溶液中腐蝕較輕，說(shuō)明非晶合金在 Cl溶液中耐蝕性較差。五：一般情況下非晶合金具有良好的耐腐蝕性，但并非在任何介質(zhì)中耐腐蝕性能都好，因而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要有選擇性的使用非晶合金，合理利用非晶合金的各種優(yōu)異性能。三：通過(guò)對(duì)同種非晶合金在不同溶液中的腐蝕，與同種溶液不同含量的非晶合金的腐蝕比較可知：在含有 Cl溶液中耐蝕性最好的非晶合金是 Nb5。可以看出隨著 Nb 的含量的增加，非晶合金在鹽酸以及氯化鈉溶液中的自腐蝕電位也在增加，表明增加 Nb 的含量有助于提高非晶合金在鹽酸以及氯化鈉溶液中中的耐蝕性。 lg(I)/(A/cm2)Potential(V) Nb1 2 Nb3 4 Nb51325 4 圖 37Nb 在硫酸中的極化曲線Figure 37 The polarization curves of Nb in H2SO4 solution通過(guò)圖 37 可知 Nb 在硫酸中的自腐蝕電位如下表：硫酸 Nb1 Nb2 Nb3 Nb4 Nb5自腐蝕