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《MATERIALS》張志英等工作：退火溫度助力提升Zr基非晶合金電化學(xué)性能！

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2023-12-21  瀏覽次數(shù)：3090
Zr基大塊非晶合金(BMG)因其具有高強(qiáng)度、高硬度、大彈性極限、良好的耐腐蝕性和玻璃成形能力(GFA)、大臨界尺寸和良好的生物相容性而備受關(guān)注，同時(shí)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。退火溫度和時(shí)間對(duì)Zr基BMG的力學(xué)性能、腐蝕性能和電化學(xué)性能都有影響。適當(dāng)?shù)耐嘶鹗狗蔷B(tài)基體中形成納米晶體，阻礙了剪切帶的擴(kuò)展。因此，剪切帶密度提高，從而提升塑性。若退火溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，基體中會(huì)形成大尺寸晶體，由于應(yīng)力集中和界面處形成微裂紋，強(qiáng)度和塑性下降。目前，退火溫度和時(shí)間對(duì)Zr基BMG及其復(fù)合材料在模擬體液中的腐蝕和電化學(xué)性能的影響鮮有報(bào)道，需要系統(tǒng)的研究。

基于此，武漢理工大學(xué)張志英教授課題組采用動(dòng)電位極化測(cè)試、EIS、OM、SEM、EDS和XPS研究了鑄態(tài)Zr56Cu19Ni11Al9Nb5非晶合金和不同溫度(Tx)下退火試樣在PBS溶液中的腐蝕和電化學(xué)性能。相關(guān)研究成果以“Effect of Annealing Temperature on Electrochemical Properties of Zr56Cu19Ni11Al9Nb5 in PBS Solution”為題發(fā)表在期刊《Materials》上。

研究人員發(fā)現(xiàn)鑄態(tài)Zr56Cu19Ni11Al9Nb5非晶合金及其在623K(低于Tg)、723K(介于Tg和Tx之間)和823K(高于Tx)退火后試樣均發(fā)生鈍化，表明其在PBS溶液中具有良好的耐腐蝕性。在923K(遠(yuǎn)高于Tx)退火的試樣中未發(fā)生鈍化。隨著退火溫度的升高，合金的耐蝕性先升高后降低。823K退火后的試樣具有較高的腐蝕電位（Ecorr=-0.045VSCE）、較低的腐蝕電流（icorr=1.549×10-5A·cm-2）較高的點(diǎn)蝕電位（Epit=0.165VSCE）、較寬的鈍化區(qū)（Epit–Ecorr=0.210V），此時(shí)電弧半徑最大，Rf和Rct總和最大，為5909W·cm2，表明該試樣在PBS溶液中的耐腐蝕性最好。在923K退火的試樣具有最高的icorr，為1.879×10-5A·cm-2、最小的電弧半徑以及最小的Rf和Rct總和，為2173W·cm2，說(shuō)明其在PBS溶液中耐腐蝕性最差。適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟扔兄谔岣卟牧系哪臀g性。當(dāng)退火溫度低于Tg時(shí)，結(jié)構(gòu)松弛導(dǎo)致自由體積減小，鈍化膜的穩(wěn)定性更高。當(dāng)退火溫度略高于Tx時(shí)，結(jié)晶開始發(fā)生，形成的納米晶提高了鈍化膜的穩(wěn)定性，使其耐蝕性更好。然而，當(dāng)退火溫度遠(yuǎn)高于Tx時(shí)，晶體尺寸增大，非均質(zhì)導(dǎo)致晶體與非晶基體界面處的腐蝕，導(dǎo)致耐蝕性降低。該成果為Zr基BMG及其復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。




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