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

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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,A1-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A1-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A194-xNiGd6(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A1-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,但初次晶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。
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