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    與晶態(tài)材料不同，非晶合金由于不存在晶界、錯(cuò)位、滑移面，表現(xiàn)出許多獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。近年來(lái)，非晶合金在生物材料中的應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注。高力學(xué)性能、低楊氏模量、良好的耐腐蝕能力和耐磨損性能使其成為理想的生物材料。

    Zr基非晶因具有高的強(qiáng)度、耐磨性、彈性應(yīng)變極限、相對(duì)較低的楊氏模量以及優(yōu)異的生物耐腐蝕性，使其在生物材料應(yīng)用方面具有巨大潛力，如整形外科植入物。2002年日本成功開(kāi)發(fā)出以Zr-A1-Co和Zr-A1-Fe為代表的第3類(lèi)Zr基非晶體系。WADAT等通過(guò)銅模鑄造方法制備出具有良好的成形能力、高的拉伸斷裂強(qiáng)度、低的楊氏模量的Zr-A1-Co非晶合金，并發(fā)現(xiàn)Zr-A1-Co非晶合金具有良好的耐蝕性能和生物活性。王莉等研究發(fā)現(xiàn)Fe基非晶在HCI溶液中的耐腐蝕性?xún)?yōu)于不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)。張旭等研究表明，隨Y含量的增加，Cu基非晶在3.5%的NaC1溶液中的耐蝕性降低。本課題選擇Zr基非晶合金Zr56A116Co28為基體，研究Y對(duì)Zr基非晶合金在1mol/L HC1溶液中腐蝕行為的影響。

1  試驗(yàn)方法

    按名義成分(Zr56Al16Co28)100-x Yx(x=0，2，4)，將高純金屬Zr(99. 99%)、A1(99. 99%)、Co(99. 99%)、Y(99.9%)用砂紙打磨去氧化皮并清洗后放入電弧爐中，在高純氬氣保護(hù)下反復(fù)熔煉4次，制備合金錠，用真空單輥甩帶法制備非晶薄帶。利用Rigaku D/max-2400型X射線(xiàn)衍射儀進(jìn)行物相分析。

    電化學(xué)試驗(yàn)采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極采用鉑電極，極化曲線(xiàn)采用CHI660C電化學(xué)工作站采集，掃描速率為1mV/s。試驗(yàn)所用的1mol/L HCI為分析純?cè)噭�，溶液用一次蒸餾水配制，所有試驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行，溶液未經(jīng)除氧處理。采用JEOL JSM-6700F型掃描電鏡(SEM)觀(guān)察試樣表面的腐蝕形貌。

2  試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1  非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的表征

    圖l為非晶合金的X射線(xiàn)衍射圖。從圖1可以看出，試樣的XRD圖譜為典型的非晶漫散射峰，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的晶體衍射峰，表明試樣為完全非晶態(tài)。

2.2  極化曲線(xiàn)分析

    電極反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是氧化還原反應(yīng)，因此電極電位也反映了某一電極相對(duì)于另一電極的氧化還原能力的大小。電極電位越正的物質(zhì)具有較強(qiáng)的氧化態(tài)，而對(duì)應(yīng)的還原態(tài)的還原性卻較弱。反之，電極電位越負(fù)的還原態(tài)物質(zhì)具有較強(qiáng)的還原性，而對(duì)應(yīng)的氧化態(tài)的氧化性較弱。

    圖2為(Zr56A116Co28)100-xYx(x=0，2，4)非晶合金的極化曲線(xiàn)。可以看出，隨著Y含量由0增加到4%時(shí)，其自腐蝕電位Ec由-0. 157 V增大到-0. 108 V，自腐蝕電位越正，表明稀土元素Y的添加能增強(qiáng)非晶合金氧化態(tài)，從而增強(qiáng)其耐腐蝕性能。

    此外，王莉等測(cè)得1Cr18Ni9Ti不銹鋼在1 mol/L鹽酸溶液中的自腐蝕電位為-0. 403 V，比非晶合金的低，自腐蝕電流為1. 377×10-5A，高于非晶合金1～2個(gè)數(shù)量級(jí)．即非晶合金的自腐蝕速率小于1Cr18Ni9Ti不銹鋼。綜合可見(jiàn)，非晶試樣的耐腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1Cr18Ni9Ti不銹鋼。主要原因是晶體材料不銹鋼有晶界、位錯(cuò)、層錯(cuò)、孿晶等各種缺陷，化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕會(huì)沿著這些缺陷（如晶界、位錯(cuò)等）進(jìn)行。

2.3  腐蝕形貌及腐蝕機(jī)理

    圖3為非晶合金在鹽酸中的腐蝕形貌。由圖3a可知，不含Y時(shí)，腐蝕比較嚴(yán)重，合金大部分被腐蝕穿。隨著Y含量由0增加到2%時(shí)，合金腐蝕程度逐漸減輕，腐蝕坑由大變小，當(dāng)Y含量為4%時(shí)，同一放大倍數(shù)下看不到腐蝕坑，放大倍數(shù)增大到500倍時(shí)，才能觀(guān)察到一些零散的極小腐蝕坑（見(jiàn)圖3d）。觀(guān)察結(jié)果表明，在電解質(zhì)為1mol/L的鹽酸溶液中，隨著Y含量增加，合金的耐腐蝕性能增強(qiáng)。

    電極電位是影響材料耐腐蝕性能的關(guān)鍵因素。進(jìn)行電極反應(yīng)時(shí)，電極相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電極得失電子的能力通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電極電位的正負(fù)反映。電極電位越正，越容易得電子；電極電位越負(fù)，越容易失電子。

    費(fèi)米能級(jí)是熱力學(xué)溫度為零度下電子的最高能級(jí)，其物理意義是，該能級(jí)上的一個(gè)狀態(tài)被電子占據(jù)的幾率是1/2。元素的電極電位與其費(fèi)米能級(jí)有關(guān)，即隨著費(fèi)米能級(jí)的升高，電極電位會(huì)逐漸變小。Y的費(fèi)米能級(jí)比Zr的費(fèi)米能級(jí)高，Y的電極電位比Zr的電極電位低，因此，在電極反應(yīng)過(guò)程中越容易失去電子。

    在Zr- A1-Co非晶體系中，其腐蝕機(jī)理符合以下方程式：

添加稀土元素Y之后，由于其比Zr更容易失去電子，優(yōu)先發(fā)生：

式(4)發(fā)生的同時(shí)促進(jìn)了式(2)和式(3)的反應(yīng)，有利于含Zr氧化物的形成，即溶液中發(fā)生電極反應(yīng)時(shí)，具有更高費(fèi)米能級(jí)、更低電極電位的Y原子取代Zr原子可使Zr基非晶更容易鈍化。盡管非晶合金原子結(jié)構(gòu)長(zhǎng)程無(wú)序，但那種無(wú)序并不像氣體那樣完全無(wú)序，而是在幾個(gè)原子間距范圍內(nèi)存在短程有序。添加Y能改變短程有序的結(jié)構(gòu)，使得鈍化膜更容易形成，從而能提高Zr基非晶的耐蝕性。

3  結(jié)  論

    (l)在1mol/L鹽酸溶液中，發(fā)現(xiàn)非晶合金(Zr56A116Co28 )100-xYx（x=0，2，4）的耐腐蝕性?xún)?yōu)于1Cr18Ni9Ti不銹鋼。

    (2)在1 mol/L鹽酸溶液中，Y使Zr基非晶合金更容易鈍化，隨著Y含量的增加，發(fā)現(xiàn)非晶合金( Zr56A116Co28)= Yx(x=0，2，4)的耐腐蝕性增強(qiáng)。

4、摘要

采用真空單輥甩帶法制備出成分為( Zr56A116 Co28)100-x Yx(x=0 ,2,4)的合金試樣，利用X射線(xiàn)衍射(XRD)，電化學(xué)極化曲線(xiàn)和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡( SEM)研究了Y對(duì)Zr-A1-Co非晶合金在1mol/L鹽酸溶液中腐蝕行為的影響。結(jié)果表明，在1 mol/L鹽酸溶液中，(2r56A116Co28)100-xY x(x=0,2,4)非晶耐腐蝕性能優(yōu)于不銹鋼(ICr18Ni9Ti)．且添加適量的Y顯著提高了非晶合金的耐腐蝕性。