非晶合金原子移动性与电化学行为之间的关系

Nowadays, the metallic glasses especially the bulk metallic glasses are more and more concerned about their application, they can be used in many industries. Comapared to conventional metall and alloy, metallic glasses have advantages in physical property, mechanical property and chemical property owing to its uniform composition, no multiphase and no crystalline boundary. As the same reason, it has unique feature in electrochmical behaviour.The view from micro-structure in atomic level but not the chemical composition and surface defect is very interesting and promising for the interface behaviour investigation of metallic glasses. The mechanical and physical properties of metallic glass are very sensitive to the microstructure. The structure relaxation and machanical treatment both can change the atomic mobility. In addition, atomic mobility of the amorphous materials is ascribed to the architecture. Thus the atomic mobility can evaluate the energy and architecture of atomic structure. However, the infulence atomic mobility and different micro-structure on electrochemical behaviour is unclear. Therefore, one fundamental issue is unveiled: How does the influence of the atomic mobility on the electrochemical behaviour in metallic glasses, and how it affects the corrosion resistance? This study will investigate the electrochemical behaviour, emphasize on the formation, stability and intrinsic properties of passive film of metallic glasses. The correlation between these properties and atomic mobility is one of the scientific foundamental issues: how does the micro structure influence on material interface behaviour. The achivement in this study will benefit the application research of metallic glass as well as its design, fabrication and treatment research.

非晶合金相比传统金属拥有优异的物理、力学和化学性能，归因于组成均一、无多相组织，无晶界等特点，因此本研究主要从原子级微观结构的角度而不是化学成分分布和表面缺陷的角度来考察其界面行为，对其电化学行为和耐蚀性能作出机理上的分析。非晶合金的原子移动性主要是对应着非晶金属在微观结构上的能量起伏与不均性，可以较全面地反映非晶合金原子结构的能量状态和微观构型的变化，是影响物理、力学和化学性能的关键因素。对非晶合金进行驰豫、机械加工等处理均会改变其微观构型从而改变原子移动性。然而不同的微观结构状态对电化学行为的影响机制是如何的仍不清楚。本研究通过深入研究原子移动性和非晶合金电化学行为的关系，核心是研究原子移动性如何影响表面钝化膜的形成，维持及本征性能，进而影响其耐蚀性能，对搞清非晶合金界面行为与微观结构之间关系的这一基础性科学问题有重要的意义。将能促进非晶合金开发和应用研究。

针对非晶合金组成均一、无多相组织，无晶界，化学成分均匀等特点，本研究主要从微观结构状态整体性变化的角度来考察其电化学行为和腐蚀机理，对非晶合金宏观性能与原子尺度结构之间的关系进行了有益的探索。通过动态力学分析仪、电化学表征、X射线光电子能谱分析等研究手段，探讨了金属-金属型非晶合金的原子移动性对电化学行为的影响规律，研究结果发现该类型非晶合金的原子移动性主要是对应着非晶金属在微观结构上的能量起伏与不均性，可以较全面地反映非晶合金原子结构的能量状态和微观构型的变化，是影响力学和电化学性能的关键因素之一。热处理工艺、合金元素相对含量、微量添加元素等均可以对非晶合金的微观结构产生影响，从而导致原子移动性发生变化。对于金属-金属型非晶合金研究发现：Ti40Zr25Ni8Cu9Be18大块金属玻璃在NaCl溶液中的点蚀电位随着原子移动性的降低而降低，其原因是钝化膜的缺陷浓度随着原子移动性的降低而增加；Zr58Nb3Cu16Ni13Al10金属玻璃的原子移动性降低将导致耐蚀能力的下降，其根本原因在于钝性元素的移动能力化学反应活性降低，进而导致钝化膜的缺陷增加和稳定性下降，此外还发现添加微量 Y元素对于其它合金元素的微区聚集状态可能存在影响；ZrCu二元非晶薄膜作为模型研究体系揭示出钝性元素与非钝性元素在界面氧化-溶解反应中的竞争机制对于非晶合金表面钝化膜的生成、维持和溶解起到了决定作用，而原子移动性对该竞争机制的影响很可能与两类元素的相对含量密切相关。以Fe81.5Cu1.2Nb2.5Si13.5B3.3大块金属玻璃为研究对象，主要利用热处理方法、电化学表征与莫斯堡尔谱等研究手段，探讨了过渡金属–类金属型非晶合金的原子移动性对电化学行为的影响规律，发现在该类非晶合金中原子移动性的作用机制比较复杂，表面上看原子移动性的下降将导致耐蚀性的提升，但其机理很可能是纳米微晶化后导致腐蚀电流分散均匀等其它因素。总之，本研究已经初步深入揭示了一些典型非晶合金体系中原子移动性的影响规律和作用机制，但也尚存仍需继续深入研究的现象。