Nb及V的添加对Ti基大块非晶合金微观结构及性能的影响

作     者：周斌军 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄永江

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Ti基非晶合金 微观结构 力学性能 腐蚀性能 

摘      要：本文选用不同Nb、V添加量的直径为4mm的合金试样为研究对象，分析了它们的微观组织及力学性能，并研究了各合金试样在酸/碱溶液中的腐蚀性能，综合评价Nb及V的添加对Ti基大块非晶合金微观结构及性能的影响。 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析了Nb及V的添加对Ti基非晶合金的微观组织的影响，结果表明，Nb、V加入量为4%时的合金试样为完全的非晶态，且二者具有比无Nb、V的合金样品更高的有序度，从而具备相对较少的自由体积;Nb、V添加量为8%和12%的合金试样为非晶基体上分布着晶体相的非晶合金复合材料。 利用差示扫描量热仪(DSC)分析了Nb及V的添加对Ti基非晶合金晶化激活能的影响，结果表明，4%的Nb、V的添加并未对合金样品的晶化转变表观激活能产生显微影响，而8%和12%Nb、V的加入，将会在非晶基体上析出诸如固溶体在内的晶体相，降低了合金的晶化转变激活能。 室温压缩结果表明， Nb、V加入量为4%的非晶合金试样由于具备相对较少的自由体积，因而塑性稍差，而对于Nb、V加入量为8%和12%的合金试样而言，由于其析出晶化相不同，导致塑性变形能力不同：Nb添加量为8%的合金样品由于晶化相的尺寸大小均一，分布均匀，导致塑性得到显著提高;Nb添加量为12%的合金样品则由于晶化分数过高，晶化相尺寸差别较大，导致变形时不能有效阻碍剪切带的扩展，室温塑性最低;V添加量为8%和12%的合金样品由于脆性相Cu10Zr7的存在，导致最终发生脆性断裂而不表现出宏观塑性。 维氏硬度及纳米压痕结果表明， Nb、V加入量为4%的合金试样具有最高的硬度值，这和其相对较高的玻璃转变温度密切相关;对于Nb添加量为8%和12%的合金试样而言，前者由于晶化相的尺寸更小，在承受载荷时，更易于与剪切带发生较为强烈的交互作用，提高了合金样品的抵抗变形的能力，因而具备最高的硬度值，后者因为晶化分数过高，晶化相尺寸差别较大，导致样品变脆，断裂强度为所有样品中最低的，因而硬度值最低;而对于V添加量为8%和12%的合金试样而言，前者由于晶化相为脆性相Cu10Zr7，脆性相的存在导致合金发生脆性断裂，断裂强度最低，因而具备最低的维氏硬度值，后者因为大量细小的枝晶相的存在，起到了类似于细晶强化的作用，断裂强度为所有样品中最高的，因而硬度值最高。 电化学腐蚀试验结果表明，对于不同Nb、V添加量的合金试样而言，在0.5mol/L H2SO4溶液中，Nb添加量为12%以及V添加量为12%的合金试样因具备最大的自腐蚀电位以及极化电阻，同时最小的自腐蚀电流密度，使得二者具备最好的耐腐蚀性能，这可能和Nb及V的加入提高了合金表面生成的钝化膜的稳定性，使得后续反应过程中钝化膜未发生溶解，从而提高了其耐腐蚀性能，而在1mol/L NaOH溶液中，虽然不加Nb、V的合金试样的自腐蚀电位稍低，但是最小的自腐蚀电流密度以及最大的极化电阻都表明了在1mol/LNaOH溶液中，未加Nb、V的合金试样具备最好的耐腐蚀性能。