鋯基非晶合金耐腐蝕性能的電子理論研究.pdf

1、非晶合金的原子在三維空間中呈長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的混亂排列，使其具有許多晶態(tài)材料不具備的物理和化學(xué)性質(zhì)，如低楊氏模量、良好的抗腐蝕能力，這為其在生物材料中的應(yīng)用提供重要基礎(chǔ)。耐腐蝕性是評(píng)價(jià)生物材料的重要指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)非晶合金腐蝕行為的關(guān)注也越來(lái)越多。
　　微合金化能夠?qū)Ψ蔷Ш辖鸬慕Y(jié)構(gòu)與性能產(chǎn)生重要影響。因而，本文以Zr56Al16Co28非晶合金為研究對(duì)象，考察了添加合金元素Y、Nb對(duì)母合金在HCl、NaOH、NaCl及Han

2、k’s溶液中耐蝕性能的影響。用X-射線衍射、差示掃描量熱分析（DSC）表征了母合金的結(jié)構(gòu)，電化學(xué)方法測(cè)定母合金在各溶液中的塔菲爾曲線（Tafel），發(fā)現(xiàn)適量Y、Nb元素的添加能提高Zr56Al16Co28非晶合金的耐蝕性能，主要表現(xiàn)為自腐蝕電流密度顯著降低。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察腐蝕后表面形貌，能譜儀分析腐蝕后的非晶合金表面保護(hù)膜發(fā)現(xiàn)添加合金元素后其成分發(fā)生改變。
　　X-射線光電子能譜分析進(jìn)一步確認(rèn)了腐蝕后合金表面保護(hù)膜中

3、富Zr、富Al氧化物含量的改變。此外，采用非晶合金的準(zhǔn)晶態(tài)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型理論，通過(guò)對(duì)合金晶化產(chǎn)物分析及參考相關(guān)研究文獻(xiàn)得出Zr56Al16Co28非晶合金由類似于ZrCo、Zr6Al2Co、ZrAlCo相的α準(zhǔn)晶態(tài)團(tuán)簇、β準(zhǔn)晶態(tài)團(tuán)簇及γ準(zhǔn)晶態(tài)團(tuán)簇組成的結(jié)構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上，利用Materials Studio軟件中的CASTEP模塊分別計(jì)算了Y、Nb原子雜化準(zhǔn)晶態(tài)團(tuán)簇的局部能態(tài)密度（PDOS）及能帶，并用該計(jì)算結(jié)果從理論上分析了Y、Nb元

4、素的添加對(duì)Zr56Al16Co28非晶合金耐蝕性能影響的機(jī)理。
　　發(fā)現(xiàn)添加Y元素的準(zhǔn)晶態(tài)團(tuán)簇中原子的核外電子分布，特別是Zr3d、Al2s和2p軌道的電子分布發(fā)生變化，而添加Nb元素的準(zhǔn)晶態(tài)團(tuán)簇中原子的核外電子分布，特別是Zr3s、3p軌道的電子分布發(fā)生變化。團(tuán)簇中原子核外電子的運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生變化，致使Zr、Al原子活性大大增大，這樣有利于非晶合金表面富Zr、富Al的致密表面保護(hù)膜的快速形成，從而提高了Zr56Al16Co28非晶