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自从发现非晶态合金具有较高的耐腐蚀能力以来,金属玻璃的腐蚀行为就引起了人们的广泛关注。非晶态结构与合金腐蚀行为关联性研究是理解金属玻璃腐蚀机制的一个基本课题,然而人们对此的认识却非常有限,这已成为全面理解金属玻璃腐蚀机理的严重障碍。为了探索这种结构因素的影响,人们在不同的合金体系里做了大量探索。其中最主要的研究方法是将金属玻璃进行退火晶化处理,比较晶化前后合金腐蚀行为的差异,总结结构因素的作用。但是由于退火会产生晶界、位错、相界等晶体缺陷,而且晶化过程往往会伴随着成分再分布,使得在研究结构作用的同时,通常掺杂着上述因素的影响,难以独立地分离出结构因素的作用。这也使得在不同的体系里得到的结果并不相同。
课题选取了既能形成非晶、又能形成单晶的Zr2Ni金属玻璃体系。在成分和结构均匀的条件下,排除了上述因素的影响,独立分离出了结构因素的作用。通过对比所选体系电化学腐蚀行为及钝化膜成分的差异,分析了非晶态结构对合金腐蚀行为的具体影响,并对其中的可能机制进行了探讨。研究结果如下:
(1)使用真空光学悬浮熔炼和熔体激冷设备分别制备出单晶态和非晶态Zr2Ni合金样品。动电位极化曲线测试结果显示,与单晶Zr2Ni合金相比,非晶态合金在0.1 M NaCl溶液中自腐蚀电流密度、钝化电流密度较低,表现出较低的腐蚀速度。电化学阻抗谱和Mott-Schottky曲线测试结果显示,非晶态合金表面钝化膜的化学稳定性更高,电荷传递电阻更大,钝化膜中载流子浓度(缺陷程度)较低。恒电位极化曲线结果说明非晶态结构改变了钝化膜的生长机制,使得其表面生成的钝化膜组织更为致密,防护性能更好。
(2)非晶态结构通过影响钝化膜的成分改变合金的腐蚀行为。运用X射线光电子能谱技术(XPS)对不同状态Zr2Ni合金的钝化膜的成分及深度分布进行了测试分析。结果显示,与单晶Zr2Ni合金相比,非晶态合金钝化膜中组织致密的ZrO2含量较高,而组织疏松、耐蚀性较差的NiO含量较低。