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

發布日期：2023-12-21 瀏覽次數：2928

Zr基大塊非晶合金(BMG)因其具有高強度、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注，同時在生物醫學領域也具有廣闊的應用前景。退火溫度和時間對Zr基BMG的力學性能、腐蝕性能和電化學性能都有影響。適當的退火使非晶態基體中形成納米晶體，阻礙了剪切帶的擴展。因此，剪切帶密度提高，從而提升塑性。若退火溫度過高或時間過長，基體中會形成大尺寸晶體，由于應力集中和界面處形成微裂紋，強度和塑性下降。目前，退火溫度和時間對Zr基BMG及其復合材料在模擬體液中的腐蝕和電化學性能的影響鮮有報道，需要系統的研究。

基于此，武漢理工大學張志英教授課題組采用動電位極化測試、EIS、OM、SEM、EDS和XPS研究了鑄態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性能。相關研究成果以“Effect of Annealing Temperature on Electrochemical Properties of Zr56Cu19Ni11Al9Nb5 in PBS Solution”為題發表在期刊《Materials》上。

研究人員發現鑄態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)退火后試樣均發生鈍化，表明其在PBS溶液中具有良好的耐腐蝕性。在923K(遠高于Tx)退火的試樣中未發生鈍化。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）較高的點蝕電位（Epit=0.165VSCE）、較寬的鈍化區（Epit–Ecorr=0.210V），此時電弧半徑最大，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，說明其在PBS溶液中耐腐蝕性最差。適當的退火溫度有助于提高材料的耐蝕性。當退火溫度低于Tg時，結構松弛導致自由體積減小，鈍化膜的穩定性更高。當退火溫度略高于Tx時，結晶開始發生，形成的納米晶提高了鈍化膜的穩定性，使其耐蝕性更好。然而，當退火溫度遠高于Tx時，晶體尺寸增大，非均質導致晶體與非晶基體界面處的腐蝕，導致耐蝕性降低。該成果為Zr基BMG及其復合材料在生物醫學領域的研究和發展做出了貢獻。

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