《MATERIALS》张志英等工作：退火温度助力提升Zr基非晶合金电化学性能！

发布日期：2023-12-21 浏览次数：2944

Zr基大块非晶合金(BMG)因其具有高强度、高硬度、大弹性极限、良好的耐腐蚀性和玻璃成形能力(GFA)、大临界尺寸和良好的生物相容性而备受关注，同时在生物医学领域也具有广阔的应用前景。退火温度和时间对Zr基BMG的力学性能、腐蚀性能和电化学性能都有影响。适当的退火使非晶态基体中形成纳米晶体，阻碍了剪切带的扩展。因此，剪切带密度提高，从而提升塑性。若退火温度过高或时间过长，基体中会形成大尺寸晶体，由于应力集中和界面处形成微裂纹，强度和塑性下降。目前，退火温度和时间对Zr基BMG及其复合材料在模拟体液中的腐蚀和电化学性能的影响鲜有报道，需要系统的研究。

基于此，武汉理工大学张志英教授课题组采用动电位极化测试、EIS、OM、SEM、EDS和XPS研究了铸态Zr56Cu19Ni11Al9Nb5非晶合金和不同温度(Tx)下退火试样在PBS溶液中的腐蚀和电化学性能。相关研究成果以“Effect of Annealing Temperature on Electrochemical Properties of Zr56Cu19Ni11Al9Nb5 in PBS Solution”为题发表在期刊《Materials》上。

研究人员发现铸态Zr56Cu19Ni11Al9Nb5非晶合金及其在623K(低于Tg)、723K(介于Tg和Tx之间)和823K(高于Tx)退火后试样均发生钝化，表明其在PBS溶液中具有良好的耐腐蚀性。在923K(远高于Tx)退火的试样中未发生钝化。随着退火温度的升高，合金的耐蚀性先升高后降低。823K退火后的试样具有较高的腐蚀电位（Ecorr=-0.045VSCE）、较低的腐蚀电流（icorr=1.549×10-5A·cm-2）较高的点蚀电位（Epit=0.165VSCE）、较宽的钝化区（Epit–Ecorr=0.210V），此时电弧半径最大，Rf和Rct总和最大，为5909W·cm2，表明该试样在PBS溶液中的耐腐蚀性最好。在923K退火的试样具有最高的icorr，为1.879×10-5A·cm-2、最小的电弧半径以及最小的Rf和Rct总和，为2173W·cm2，说明其在PBS溶液中耐腐蚀性最差。适当的退火温度有助于提高材料的耐蚀性。当退火温度低于Tg时，结构松弛导致自由体积减小，钝化膜的稳定性更高。当退火温度略高于Tx时，结晶开始发生，形成的纳米晶提高了钝化膜的稳定性，使其耐蚀性更好。然而，当退火温度远高于Tx时，晶体尺寸增大，非均质导致晶体与非晶基体界面处的腐蚀，导致耐蚀性降低。该成果为Zr基BMG及其复合材料在生物医学领域的研究和发展做出了贡献。

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