Zr-基非晶合金激光重熔后耐腐蚀性与力学性能研究

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本文研究了不同激光功率对Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金的宏观形貌、耐腐蚀性、力学性能等方面的影响,为非晶材料的表面改性提供理论知识,以促进非晶材料在工业领域的应用。实验结果表明:激光重熔后非晶材料的冷却速率远高于其临界非晶形成速率,激光重熔后非晶的表面形成了明显的重熔区、热影响区和基体三部分。分析了经过900W重熔后的热影响区宽度大于700W重熔热影响区宽度的原因,认为与它们在重熔过程中经历的热历史密切相关;经过900W重熔后的非晶重熔区没有任何晶化发生,元素的分布更加均匀;经过700W重熔后的非晶的重熔区同样没有晶化现象发生,元素分布均匀;但二者的热影响区均发生了明显的晶化。利用电化学极化方法研究了材料在经过激光重熔后的耐腐性变化。通过对各试样重熔区和晶态试样极化曲线的分析,得出耐腐蚀性能由高到低顺序如下,热力学角度:E900W> E700W> E未处理> E700晶化>E晶化;动力学角度:I晶化>I700晶化>I未处理>I700W>I900W。通过对各试样尼奎斯特图的分析,得出耐腐性如下顺序:Rz900W> Rz未处理> Rz700晶化。浸泡实验同样印证了以上的结论,即经过激光重熔后非晶材料的耐蚀性能得到了改善,它们的年腐蚀穿透深度顺序为B700W晶化>B未处理> B700W> B900W,年腐蚀穿透深度远小于1,低于传统的晶态合金、铸钢等材料。最后利用纳米压痕仪研究了材料在激光处理后力学性能的变化情况。激光重熔后,非晶合金的表面硬度降低,700W重熔退火后试样和900W激光重熔后的试样硬度平均值分别较基体降低了36.7%和32.5%;弹性模量分别较基体降低了34.5%和31.8%;经过900W激光重熔后材料的摩擦系数与基体相似,而700W重熔退火后的试样摩擦系数增加了近一倍,表明材料的耐磨性能有所降低。以上结果说明利用激光对非晶材料进行表面改性是一种有效的手段,但是要避免晶化,从而在对其力学性能影响不大的前提下有效改善其耐蚀性能。
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