摘要
锆基块体非晶合金通常具有大的玻璃形成能力、宽的过冷液相区、较高的强度和韧性以及优良的耐腐蚀性，是非晶合金材料领域的研究热点。以经典的四元非晶合金Zr65Cu175Al75Ni10作为基础合金，用Fe元素替代合金体系中的有毒元素Ni，制备出一系列Zr65Cu175Al75Ni10-xFex(x=0，2，4，6，8，10)非晶合金。考察了Fe元素的添加对基础块体非晶合金的结构、玻璃形成能力及力学性能的影响。在Zr65Cu175Fe10Al75新型非晶合金的基础上，研究了等温退火对其微观结构、力学性能及耐点蚀性能的影响。在氢氟酸溶液中，采用化学脱合金法，以Zr65Cu175Fe10Al75非晶条带为前驱体，成功制备出了一系列纳米多孔结构。研究了氢氟酸浓度及脱合金时间这两个参数对脱合金的影响。实验及研究结论如下: (1)采用铜模喷铸法制备了一系列直径为2 mm的圆棒状Zr65Cu175Al75Ni10-xFex(x=0，2，4，6，8，10)合金样品，旨在提高经典大块非晶合金Zr65Cu175Ni10Al75的塑性及降低其毒性。添加适量的Fe元素不仅可以提高母合金的玻璃形成能力，还可以有效提高母合金的压缩塑性(εp)。塑性明显提高的原因可归结于具有正混合热且相互排斥作用的Fe-Cu原子对。当Fe元素添加量为6％时，合金有相对较好的综合性能，因为合金同时具有良好的玻璃形成能力(ΔTx=81 K)和较大的塑性(εpp=6.2％)。Zr65Cu175Al75Fe10是一种不含有毒元素Be和Ni的全新的环境友好型合金并具有较大的塑性变形量，有望应用于工程技术领域。 (2)采用等温退火进一步提高新型大块非晶合金Zr65Cu175Fe10Al75的力学性能，并提高其耐点蚀性能。对Zr65Cu175Fe10Al75非晶合金在玻璃转变温度(Tg)以下573 K等温退火处理，等温时间分别为:0.5，1.0，2.0及4.0h。等温退火时间1.0 h时，合金在获得较大的塑性变形(7.1％)的同时还具有较高的强度。退火过程中，在非晶合金基体上弥散析出的直径为5-12 nm的纳米晶促进了合金塑性的提高。此外，等温退火合适的时间（t=0.5和1.0h）可以明显提高起始非晶合金的耐点蚀性能。因为等温退火可以减少自由体积的量，能够降低化学电位，并减少点蚀的增殖，从而有利于提高非晶合金的耐点蚀性能。形成锆基非晶合金与纳米晶体的复合结构有望扩大合金在工程及生物医学领域的应用。 (3)对Zr65Cu175Fe10Al75非晶条带采用化学脱合金之后，成功制备出了一系列连续且均匀的纳米多孔结构。当氢氟酸浓度为0.02 M，0.035 M及0.05 M且均脱合金5h时，所获得纳米多孔结构孔径平均尺寸分别为:33 nm，34nm及38nm。当氢氟酸浓度一定时(0.02 M)，脱合金15h后，即可成功获得纳米多孔铜(NPC)结构。氢氟酸浓度为0.02 M，脱合金时间为15h，20 h及25 h时，所得多孔条带的孔径平均尺寸分别为:45nm，53 nm及57 nm。当脱合金时间为20 h时，NPC结构对乙二醇的氧化起到了相对较好的催化作用。
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