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[材料资讯] 王军强、霍军涛在高温非晶合金的腐蚀性能方面取得重要进展

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发表于 2022-3-18 09:25:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
非晶合金具有组织均一、高强度、高硬度、耐磨蚀、热膨胀系数小、纳米级表面结构复写等特性,在其过冷液相区可快速实现从宏观至微米、纳米的多尺度一体化热塑成型,是制备高精密模具的理想材料。然而,传统非晶合金的玻璃转变温度低,高温强度及热稳定性差,使役温度难以超过600K,不能满足目前光学玻璃模压成型温度的要求。研发高温高强高稳定性块体非晶合金(简称“高温非晶合金”)有望将光学玻璃模压模具的磨削加工转变为热塑加工,突破磨削加工无法制备微纳米表面结构的先天限制,孕育变革性的光学玻璃元件“微纳模压成型”技术。

钝化膜

钝化膜
图1 左图为Ir-Ni-Ta-(B)非晶态合金与其他合金体系的晶化活化能对比图;右图为不同材料在硫酸溶液中的点蚀电位和钝化电流对比图

钝化膜

钝化膜
图2 各种离子和电子在硫酸溶液中的传输和钝化膜形成示意图
  基于此,在国家重点研发计划变革性技术关键科学问题专项的支持下,中国科学院宁波材料技术与工程研究所和中国科学院物理研究所、燕山大学、深圳大学、北京航空航天大学联合开展了“高温高强高热稳定性块体非晶合金新材料与应用基础”(项目编号:2018YFA0703600)的研究工作。其中,中科院宁波材料所非晶合金磁电功能特性团队主要负责课题“高温非晶合金的氧化与腐蚀机理研究”。近期,在王军强研究员和霍军涛研究员的指导下,该组课题生杨晓东等人围绕前期项目组开发的Ir-Ni-Ta-(B)高温非晶合金[Nature 569 (2019) 99–103]的腐蚀行为开展了深入系统的研究。研究发现在酸性溶液中Ir-Ni-Ta-(B)高温非晶合金相比于其它合金体系拥有更好的耐蚀性,归因于其可以形成由金属Ir以及Ni和Ta的氧化物组合而成的相对稳定的钝化膜。这种钝化膜具有较好的保护性,从而表现出很强的耐点蚀能力,因而腐蚀多发生于缺陷处。另外,研究发现微量添加类金属B元素可以显著提高Ir-Ni-Ta非晶合金的耐蚀性,Ir-Ni-Ta-B样品钝化电流要比Ir-Ni-Ta样品降低了一个数量级。在Ir-Ni-Ta和Ir-Ni-Ta-B非晶合金表面形成的钝化膜具有几乎相同的成分,但具有不同的厚度和孔密度。这些差异是由添加B引起的,B促进钝化膜的快速形成,同时抑制活性金属的溶解。金属Ir的表面富集和[BO3]3-的吸附进一步提高了Ir-Ni-Ta-B非晶合金的耐蚀性。相关结果表明,可以通过电化学钝化处理优先生成具有保护性的钝化膜以增加Ir基非晶合金作为模具材料的耐蚀性能,为增强高温高强高稳定性块体非晶合金在严苛服役环境中的使用寿命提供了重要实验基础和理论支撑。相关结果发表在Corrosion Science 200 (2022) 110227(https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110227)。
  以上工作成果得到国家重点研发计划(2018YFA0703604、2018YFA0703602),国家自然科学基金(52001319、52071327、51922102、52171148),中科院青促会 (2019296), 浙江省自然科学基金 (LR22E010004、LR18E010002), 宁波市2025科技创新项目(2019B10051)和宁波市自然科学基金(202003N4354)等项目的资助。


        文章来源:宁波材料所
       王军强,博士,中国科学院宁波材料所研究员,博士生导师。招生方向:材料物理与化学,磁性材料与应用技术。2005年东北师范大学本科毕业,2010年中国科学院物理研究所博士毕业,2010年至2014年先后在日本东北大学和美国威斯康星-麦迪逊大学从事博士后研究,2014年以“团队人才”加入中国科学院宁波材料所。2015年荣获“中科院百人计划”(A类)择优资助。在PNAS, Scientific Reports, Adv Funct Mater, Acta Mater, Appl Phys Lett, Phys Rev B,Corrosion Science等国际期刊发表论文30余篇,引用400余次。申请日本、中国专利4项。在第十九届非晶纳米晶亚稳材料国际年会(Moscow,2012)上获得青年科学家奖,成为第四位获得该奖的华人科学家。也曾获中科院优秀毕业生等。
        霍军涛,博士,中国科学院宁波材料所研究员,硕士生导师。本科和硕士毕业于哈尔滨工业大学材料加工工程专业,博士毕业于中国科学院物理研究所凝聚态物理专业。2012年7月加入中国科学院宁波材料所磁性材料与机电装备事业部,历任博士后、助理研究员、副研究员。长期致力于具有功能物性的新型非晶合金材料的开发与研究,尤其在非晶合金的磁蓄冷和磁制冷性能方面取得了一系列研究成果。在JAP、Intermetallics、J Non-Cryst Solids等国际期刊发表论文14篇,申请国家发明专利8项。主持和参与国家自然科学基金、宁波市自然科学基金和中科院装备计划等多个项目。





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