【摘要】：塊體非晶合金(BMGs)由于其硬度高、強度高、彈性極限大以及耐磨防腐性能優(yōu)異,而成為一種倍受矚目的熱門金屬材料。然而當前塊體非晶合金存在著兩個較大的應(yīng)用瓶頸——臨界非晶形成的規(guī)模尺寸有限與室溫環(huán)境下塑性變形的能力較差。而研究表明開發(fā)非晶合金薄膜(TFMGs)會是解決塊體非晶合金以上缺點的一種非常有效的方法。本論文采用磁控濺射鍍膜方法,獲得了一種名義成分為Fe48Mo14Cr15Y2C15B6(at.%)的鐵基非晶薄膜。分別利用X射線衍射分析儀(X-ray diffraction,XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(Field emission scanning electron microscope,FSEM)、納米壓痕儀(Nano Indenter)、透射電子顯微鏡(Transmission electron microscopy,TEM)、顯微洛氏硬度計(Rockwell Indenter)、摩擦磨損試驗機(Friction/Wear Testing Machines)以及電化學工作站(Electrochemical Workstation)等實驗手段系統(tǒng)的研究了非晶合金薄膜的微觀組織結(jié)構(gòu)、機械性能、耐磨損性能以及在模擬汗液環(huán)境下的腐蝕性能。具體內(nèi)容如下:以薄膜的非晶相含量、濺射速率、膜結(jié)合力、納米硬度與模量等性能指標,研究了鍍膜工藝參數(shù)的影響規(guī)律,并獲得了最優(yōu)化的工藝參數(shù)。具體參數(shù)為:濺射時間30分鐘,濺射氣壓0.7帕,濺射功率120瓦。該工藝參數(shù)下薄膜是非晶態(tài),同時薄膜成分與靶材成分接近,組織結(jié)構(gòu)致密,與基體結(jié)合良好,具有24.76±0.12 nm/min的最大沉積速率,約12GPa的納米硬度。采用最佳工藝參數(shù)制備的鐵基非晶薄膜,在室溫下,通過微劃痕實驗定量表征了薄膜與基底的結(jié)合力,發(fā)現(xiàn)鐵基非晶薄膜和304不銹鋼基底之間的結(jié)合力大小約為90m N;用氮化硅球作摩擦對偶,利用微-納摩擦試驗機的線性往復模塊系統(tǒng)評價了其耐磨性能,發(fā)現(xiàn)鐵基非晶薄膜磨損速率(8.4×10-4 mm3 N-1m-1)以及摩擦系數(shù)(~0.2)均較小,表明鐵基非晶薄膜其耐磨性能優(yōu)于304不銹鋼。由室溫下的干態(tài)摩擦的結(jié)果可以看出,Fe基非晶薄膜以氧化磨損作為主要磨損機制,原因是該體系中的合金元素成分對于氧元素有較大親和力。使用電化學工作站表征了Fe基非晶薄膜材料在模擬汗液環(huán)境中的腐蝕行為。研究發(fā)現(xiàn),Fe基非晶薄膜在模擬汗液環(huán)境中對304不銹鋼基體具有很好的保護作用,能夠提高基體材料的抗點蝕能力。腐蝕形貌的觀察顯示腐蝕產(chǎn)物堆積可能是阻止點蝕坑進一步擴大的原因。對恒電位極化測試與莫特-肖特基測試的結(jié)果分析表明,Fe基非晶薄膜擁有比基體更加穩(wěn)定的鈍化膜,并且鈍化膜厚度更大,膜中空位缺陷濃度要顯著低于304不銹鋼,這是其擁有優(yōu)異抗點蝕敏感性的主要原因。通過對不同點蝕階段的腐蝕形貌表面觀察,我們發(fā)現(xiàn)在模擬汗液中,亞穩(wěn)態(tài)點蝕坑成核與生長和氯離子有關(guān),同時一旦穩(wěn)態(tài)點蝕坑形成之后,點蝕會穿透薄膜,優(yōu)先腐蝕下方的不銹鋼襯底,最終上方的懸空薄膜會因為應(yīng)力作用而斷裂剝離。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

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本文編號：2516950