空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法.pdf

本发明公开了一种空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法。将块体非晶合金表面抛光后，用酒精清洗，然后放入马弗炉中以10℃/分的速度升温至286～336℃，然后保温5～10小时，使块体非晶合金表面生成强耐腐蚀性的金属氧化物陶瓷层。与其他普通的提高非晶合金耐腐蚀性的方法相比，采用该技术，不仅简单易行、成本低而且在极大提高块体非晶合金耐腐蚀性的同时，不影响合金的玻璃形成能力。该工艺不改变工件表面原来的尺寸和形状，而且形成的氧化层与基体之间具有良好的结合力，特别适合于零件和产品的最后处理。

1.  一种空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法，其特征在于：将块体非晶合金表面抛光后，用酒精清洗，然后放入马弗炉中以10℃/分的速度升温至286～336℃，然后保温5～10小时，将块体非晶合金取出，在块体非晶合金表面生成强耐腐蚀性的表面氧化层。

2.  根据权利要求1所述的一种空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法，其特征在于：所采用的块体非晶合金成分为Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀或Zr4₆Cu_37.6Ag₈₄Al₈

3.  根据权利要求1所述的一种空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法，其特征在于：所用Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀块体非晶合金的直径为1-5毫米；所用Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈块体非晶合金的直径为1-20毫米。

空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法
技术领域
本发明涉及非晶态合金的表面防腐技术，尤其涉及一种空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法。
背景技术
上个世纪八十年代，美国的Turnbull和日本东北大学的Inoue研究组各自开发出了拥有良好玻璃形成能力，临界尺寸达几个毫米的多元合金体系，从而揭开了块体非晶合金研究蓬勃发展的序幕。至如块体非晶合金研究已经成为金属材料研究领域最活跃的学科之一。由于非晶合金在结构上的特殊性因而使其具有一系列优异的物理、化学、磁学尤其是力学性质，如高强度、低模量、高压缩塑性等等。目前非晶合金已经被作为体育器材、高性能弹簧以及其他微型器械等得到了应用。
最近，拥有良好的力学性能并具有大的玻璃形成能力的Zr基非晶合金被开发出来，并且展现了非常好的应用前景。但在应用之前，它的耐腐蚀性必须被考虑。Zr基块体非晶合金在纯酸及纯碱性溶液中具有良好的耐腐蚀性，但在含氯离子的水溶液中耐腐蚀性较差，这在一定程度上限制了Zr基非晶合金在应用方面的发展。传统的提高非晶合金耐腐蚀性的方法主要有微合金化法和离子注入等表面改性法。但微合金化方法常常会降低玻璃形成能力，且合金化元素要受热力学相平衡、固溶度等合金化规律的限制，而离子注入法成本较高，难以大规模应用。因此开发一种简便易行，既不降低玻璃形成能力又能大幅提高块体非晶合金在水溶液中耐腐蚀性的方法，无论是对块体非晶合金的研究还是应用都有重要的意义。
发明内容
针对背景技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法。通过氧化退火使得非晶合金表面生成一层耐蚀的金属氧化物陶瓷层，极大提高非晶合金在水溶液中的耐腐蚀性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
将块体非晶合金表面抛光后，用酒精清洗，然后放入马弗炉中以10℃/分的速度升温至286～336℃，然后保温5～10小时，将块体非晶合金取出，在块体非晶合金表面生成强耐腐蚀性的表面氧化层。
所采用的块体非晶合金成分为Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀或Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈所用Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀块体非晶合金的直径为1-5毫米；所用Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈块体非晶合金的直径为1-20毫米。
本发明具有的有益效果是：
1)极大的提高了块体非晶合金在水溶液尤其是含氯离子水溶液中的耐腐蚀性；
2)不影响原合金的玻璃形成能力；
3)氧化层与基体结合紧密没有明显的分界面；
4)退火温度较低，有利于节约成本；
5)采用空气气氛退火，方法简便易行，且被处理的部件一般不发生机械变形，因而十分适于零件和产品的最后处理。
附图说明
图1是Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀非晶合金退火前、退火后以及磨除掉表面氧化层后的XRD图；
图2是所得到的经退火处理前及经空气气氛退火后的Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀样品在0.5N NaCl及1N H₂SO₄溶液中的腐蚀极化曲线。
图3是Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈非晶合金退火前、退火后以及磨除掉表面氧化层后的XRD图；
图4是所得到的经退火处理前及经空气气氛退火后的Zr4₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈样品在0.5N NaCl及1N H₂SO₄+0.01N NaCl溶液中的腐蚀极化曲线。
具体实施方式
实施例1：
该实施例采用空气气氛下退火的方法，使得Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀非晶合金表面生成一层致密的以ZrO₂和Al₂O₃为主要成分的氧化物陶瓷层。
步骤1：将纯度为99.8％的Zr，99.9％的Cu，99.8％的Ni和99.99％的Al(均为质量百分数)，按Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀配比在钛吸附的氩气氛中电弧熔炼，获得混合均匀的合金锭子。
步骤2：把步骤1获得的锭子在氩气保护的熔炼炉内的水冷铜模上熔炼。然后利用压力差将得到合金液注入内径为3mm的水冷铜模中，从而制得直径为3mm的块体非晶合金。
步骤3：将块体非晶合金样品用连续目数的金刚石砂纸打磨，然后抛光至镜面，用酒精清洗，在空气中暴露24小时以上。
步骤4：将步骤3所得样品放入马弗炉中，以10℃/分的速度升温至320℃，保温5到10小时后取出，在室温下自然冷却。
步骤5：用x射线衍射法表征该块体非晶合金处理前后的结构，图1为其x射线衍射图。
步骤6：用电化学方法表征Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀块体非晶合金退火处理前后在NaCl及H₂SO₄溶液中的腐蚀行为，图2(a)为退火前及退火后Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀合金样品在0.5N NaCl溶液中的动电位极化曲线图；图2(b)为退火前及退火后的Zr_64.13Cu_15.75Ni_10.12Al₁₀合金样品在1N H₂SO₄溶液中的动电位极化曲线图。
实施例2：
该实施例采用空气气氛下退火的方法，使得Zr4₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈非晶合金表面生成一层致密的以ZrO₂为主要成分的氧化物陶瓷层。
步骤1：将纯度为99.8％的Zr，99.9％的Cu，99.9％的Ag和99.99％的Al(均为质量百分数)，按Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈配比在钛吸附的氩气氛中电弧熔炼，获得混合均匀的合金锭子。
步骤2：把步骤1获得的锭子在氩气保护的熔炼炉内的水冷铜模上熔炼。然后利用压力差将得到合金液注入内径为5mm的水冷铜模中，从而制得直径为5mm的块体非晶合金。
步骤3：将块体非晶合金样品用连续目数的金刚石砂纸打磨，然后抛光至镜面，用酒精清洗，在空气中暴露24小时以上。
步骤4：将步骤3所得样品放入马弗炉中，以10℃/分的速度升温至286或者336℃，保温5小时后取出，在室温下自然冷却。
步骤5：用x射线衍射法表征该块体非晶合金处理前后的结构，图3为其x射线衍射图。
步骤6：用电化学方法表征Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈块体非晶合金退火处理前后在NaCl及H₂SO₄+NaCl溶液中的腐蚀行为，图4(a)为退火前及退火后Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈合金样品在0.5NNaCl溶液中的动电位极化曲线图；图4(b)为退火前及退火后的Zr₄₆Cu_37.6Ag_8.4Al₈合金样品在1N H₂SO₄+0.01N NaCl溶液中的动电位极化曲线图。