非晶态和晶态Al-Zr合金的氧化行为研究
发布时间：2021-03-18 21:33
非晶合金具有均匀的成分和独特的短、中程有序（长程无序）结构,内部没有晶界和位错等缺陷,因而其表现出优良的机械、物理和化学性能,在近几年来得到了广泛的关注。针对非晶合金的应用和发展,澄清它们的氧化过程和机理是非常重要的,因为非晶合金的大部分性能很大程度取决于其表面的氧化层。本文的主要目的是通过对比研究非晶态和晶态Al-Zr合金在纯氧中的热氧化行为,揭示它们氧化的内在本质区别。非晶态Al-Zr合金是由真空磁控共溅射技术制备的,晶态Al-Zr合金则是由非晶晶化（非晶合金在高真空下作退火处理）以及高温熔炼等工艺制备。将制得的非晶态和晶态Al-Zr合金在同等条件下进行氧化,对氧化后的试样作了物相、形貌和成分分析。从氧化速率层面分析,非晶态Al-Zr合金比晶态Al-Zr合金抗氧化性高。这是因为晶态结构存在晶界和相界等缺陷,其为氧和阳离子提供了快速扩散的通道,加速了合金的氧化;针对晶态Al-Zr合金,其晶粒越细小,合金抗氧化性越高,且相界对氧化速率的影响比晶界更为显著。非晶态和晶态Al-Zr合金的氧化速率也受合金成分的控制,随着合金中Zr含量的增加,氧在合金中溶解度升高,氧化速率也随之升高。从氧化产...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属材料氧化过程示意图
7图 1-2 am-Al0.44Zr0.56在纯氧环境（氧分压为 1bar）中 500℃和 560℃氧化动力学，实验结果由椭偏仪和截面透射测得[64]Fig. 1-2 Oxidation kinetics of am-Al0.44Zr0.56alloy at 500 °C and 560 °C (the oxygen partialpressure is 1 bar), as measured by Spectroscopic Ellipsometry (SE) and cross-sectionalTransmission Electron Microscopy (TEM)[64].在Al-Zr非晶的氧化过程中，Zr通常优先发生氧化生成t-ZrO2。有趣的是，am-Al0.51Zr0.49[59]在纯氧中400℃氧化10h（氧分压为1bar），表面形成了一层成分均匀、厚度约40nm的Al-Zr非晶氧化层（如图1-3所示[59]）。结合AES深度剖析结果，分析出该非晶氧化层成分近乎为(AlO1.5)0.33(ZrO2)0.67，这表明在Al-Zr非晶合金氧化过程中，最早形成的氧化相并非t-ZrO2，在它之前还存在一个过渡阶段，即氧化初期的极薄非晶氧化层。这种纳米级的非晶氧化层的形成是其较低的表面和界面能导致的，一旦氧化膜的厚度超过一定临界尺寸，t-ZrO2开始形核并逐渐长大。
[59]在纯氧中400℃氧化10h（氧分压为1bar），表面形成了一层成分均匀、厚度约40nm的Al-Zr非晶氧化层（如图1-3所示[59]）。结合AES深度剖析结果，分析出该非晶氧化层成分近乎为(AlO1.5)0.33(ZrO2)0.67，这表明在Al-Zr非晶合金氧化过程中，最早形成的氧化相并非t-ZrO2，在它之前还存在一个过渡阶段，即氧化初期的极薄非晶氧化层。这种纳米级的非晶氧化层的形成是其较低的表面和界面能导致的，一旦氧化膜的厚度超过一定临界尺寸，t-ZrO2开始形核并逐渐长大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Structural Modification of Al65Cu16.5Ti18.5 Amorphous Powder through Annealing and Post Milling:Improving Thermal Stability[J]. Zhen Tan,Lu Wang,Yunfei Xue,Xingwang Cheng,Long Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
[2]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[3]Co-based Amorphous/Nanocrystalline Composite Coatings Deposited by Arc Ion Plating[J]. Zhengkai Chang,Jun Gong,Chao Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2013(09)
[4]High-Temperature Oxidation Behavior of a Ni-Cr-W-Al Alloy[J]. Y.C. Ma, X.J. Zhao, M. Gao and K. Liu Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(09)
[5]Nanocrystallization of α-Fe Crystals in Fe52Cr18Mo7B16C4Nb3 Bulk Amorphous Alloy[J]. S. Ahmadi,H.R. Shahverdi,S.S. Saremi. Journal of Materials Science & Technology. 2011(06)
[6]Oxidation Behaviour of Sputtered Ni-3Cr-20Al Alloy[J]. Guofeng CHEN and Hanyi LOU (State Key Laboratory for Corrosion and Protection, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110015, China). Journal of Materials Science & Technology. 2000(01)
[7]Amorphous Alloy in the Water for Magnetic Cure and Health Protection[J]. Deming LIN; Yichu WU and Huasheng WANG(Department of Physics, Zhongshan University, Guangzhou 510275, China)To whom correspondence should be addressed E-mail: stdp04@zsu.edu.cn. Journal of Materials Science & Technology. 1999(04)
本文编号：3088963
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属材料氧化过程示意图
7图 1-2 am-Al0.44Zr0.56在纯氧环境（氧分压为 1bar）中 500℃和 560℃氧化动力学，实验结果由椭偏仪和截面透射测得[64]Fig. 1-2 Oxidation kinetics of am-Al0.44Zr0.56alloy at 500 °C and 560 °C (the oxygen partialpressure is 1 bar), as measured by Spectroscopic Ellipsometry (SE) and cross-sectionalTransmission Electron Microscopy (TEM)[64].在Al-Zr非晶的氧化过程中，Zr通常优先发生氧化生成t-ZrO2。有趣的是，am-Al0.51Zr0.49[59]在纯氧中400℃氧化10h（氧分压为1bar），表面形成了一层成分均匀、厚度约40nm的Al-Zr非晶氧化层（如图1-3所示[59]）。结合AES深度剖析结果，分析出该非晶氧化层成分近乎为(AlO1.5)0.33(ZrO2)0.67，这表明在Al-Zr非晶合金氧化过程中，最早形成的氧化相并非t-ZrO2，在它之前还存在一个过渡阶段，即氧化初期的极薄非晶氧化层。这种纳米级的非晶氧化层的形成是其较低的表面和界面能导致的，一旦氧化膜的厚度超过一定临界尺寸，t-ZrO2开始形核并逐渐长大。
[59]在纯氧中400℃氧化10h（氧分压为1bar），表面形成了一层成分均匀、厚度约40nm的Al-Zr非晶氧化层（如图1-3所示[59]）。结合AES深度剖析结果，分析出该非晶氧化层成分近乎为(AlO1.5)0.33(ZrO2)0.67，这表明在Al-Zr非晶合金氧化过程中，最早形成的氧化相并非t-ZrO2，在它之前还存在一个过渡阶段，即氧化初期的极薄非晶氧化层。这种纳米级的非晶氧化层的形成是其较低的表面和界面能导致的，一旦氧化膜的厚度超过一定临界尺寸，t-ZrO2开始形核并逐渐长大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Structural Modification of Al65Cu16.5Ti18.5 Amorphous Powder through Annealing and Post Milling:Improving Thermal Stability[J]. Zhen Tan,Lu Wang,Yunfei Xue,Xingwang Cheng,Long Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
[2]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[3]Co-based Amorphous/Nanocrystalline Composite Coatings Deposited by Arc Ion Plating[J]. Zhengkai Chang,Jun Gong,Chao Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2013(09)
[4]High-Temperature Oxidation Behavior of a Ni-Cr-W-Al Alloy[J]. Y.C. Ma, X.J. Zhao, M. Gao and K. Liu Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(09)
[5]Nanocrystallization of α-Fe Crystals in Fe52Cr18Mo7B16C4Nb3 Bulk Amorphous Alloy[J]. S. Ahmadi,H.R. Shahverdi,S.S. Saremi. Journal of Materials Science & Technology. 2011(06)
[6]Oxidation Behaviour of Sputtered Ni-3Cr-20Al Alloy[J]. Guofeng CHEN and Hanyi LOU (State Key Laboratory for Corrosion and Protection, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110015, China). Journal of Materials Science & Technology. 2000(01)
[7]Amorphous Alloy in the Water for Magnetic Cure and Health Protection[J]. Deming LIN; Yichu WU and Huasheng WANG(Department of Physics, Zhongshan University, Guangzhou 510275, China)To whom correspondence should be addressed E-mail: stdp04@zsu.edu.cn. Journal of Materials Science & Technology. 1999(04)
本文编号：3088963
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