本文關鍵詞：鋯基非晶合金耐腐蝕性能的電子理論研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：非晶合金的原子在三維空間中呈長程無序、短程有序的混亂排列,使其具有許多晶態(tài)材料不具備的物理和化學性質,如低楊氏模量、良好的抗腐蝕能力,這為其在生物材料中的應用提供重要基礎。耐腐蝕性是評價生物材料的重要指標,國內外學者們對非晶合金腐蝕行為的關注也越來越多。微合金化能夠對非晶合金的結構與性能產生重要影響。因而,本文以Zr56Al16Co28非晶合金為研究對象,考察了添加合金元素Y、Nb對母合金在HCl、NaOH、NaCl及Hank’s溶液中耐蝕性能的影響。用X-射線衍射、差示掃描量熱分析(DSC)表征了母合金的結構,電化學方法測定母合金在各溶液中的塔菲爾曲線(Tafel),發(fā)現(xiàn)適量Y、Nb元素的添加能提高Zr56Al16Co28非晶合金的耐蝕性能,主要表現(xiàn)為自腐蝕電流密度顯著降低。掃描電子顯微鏡(SEM)觀察腐蝕后表面形貌,能譜儀分析腐蝕后的非晶合金表面保護膜發(fā)現(xiàn)添加合金元素后其成分發(fā)生改變。X-射線光電子能譜分析進一步確認了腐蝕后合金表面保護膜中富Zr、富Al氧化物含量的改變。此外,采用非晶合金的準晶態(tài)團簇結構模型理論,通過對合金晶化產物分析及參考相關研究文獻得出Zr56Al16Co28非晶合金由類似于ZrCo、Zr6Al2Co、ZrAlCo相的α準晶態(tài)團簇、β準晶態(tài)團簇及γ準晶態(tài)團簇組成的結構模型,在此基礎上,利用Materials Studio軟件中的CASTEP模塊分別計算了Y、Nb原子雜化準晶態(tài)團簇的局部能態(tài)密度(PDOS)及能帶,并用該計算結果從理論上分析了Y、Nb元素的添加對Zr56Al16Co28非晶合金耐蝕性能影響的機理。發(fā)現(xiàn)添加Y元素的準晶態(tài)團簇中原子的核外電子分布,特別是Zr 3d、Al 2s和2p軌道的電子分布發(fā)生變化,而添加Nb元素的準晶態(tài)團簇中原子的核外電子分布,特別是Zr 3s、3p軌道的電子分布發(fā)生變化。團簇中原子核外電子的運動方式發(fā)生變化,致使Zr、Al原子活性大大增大,這樣有利于非晶合金表面富Zr、富Al的致密表面保護膜的快速形成,從而提高了Zr56Al16Co28非晶合金的耐蝕性能。本文的研究結果對非晶合金的理論研究的發(fā)展有促進作用,為設計出耐蝕性能優(yōu)異的非晶合金提供理論指導,對進一步挖掘非晶合金在生物材料中應用的潛能也具有十分重要的意義。
【關鍵詞】：鋯基非晶合金 腐蝕 電子理論 第一性原理
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 非晶合金的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀11-14
• 1.1.1 非晶合金的發(fā)展歷史11-12
• 1.1.2 非晶合金的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2 非晶合金的微合金化14-17
• 1.2.1 微合金化技術14-15
• 1.2.2 非晶合金化的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 非晶合金的腐蝕性研究17-20
• 1.3.1 金屬腐蝕理論17-18
• 1.3.2 電化學腐蝕18-19
• 1.3.3 金屬鈍化理論19-20
• 1.4 微合金化對非晶合金耐蝕性影響的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 本文的研究目的及內容21-23
• 第2章 實驗方法與計算理論基礎23-35
• 2.1 合金樣品的制備23-25
• 2.1.1 非晶薄帶的表征24
• 2.1.2 X射線衍射分析(XRD)24
• 2.1.3 差示掃描量熱分析(DSC)24-25
• 2.1.4 X射線光電子能譜分析（XPS）25
• 2.2 非晶合金的腐蝕性試驗25-27
• 2.2.1 腐蝕溶液的配置25-26
• 2.2.2 電化學極化曲線測定26
• 2.2.3 腐蝕后樣品的形貌及成分分析26-27
• 2.3 計算理論基礎27-34
• 2.3.1 波函數(shù)與薛定諤方程27-28
• 2.3.2 絕熱近似和單電子近似28-29
• 2.3.3 密度泛函理論（DFT）29-31
• 2.3.4 局域密度近似和廣義梯度近似31-32
• 2.3.5 能帶計算32-34
• 2.4 計算原理34-35
• 第3章 Y對Zr-Co-Al非晶合金腐蝕行為的影響35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 實驗方案35
• 3.3 實驗結果與分析35-44
• 3.3.1 XRD圖譜分析35-36
• 3.3.2 電化學分析36-40
• 3.3.3 SEM和EDS分析40-41
• 3.3.4 XPS分析41-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第4章 Nb對Zr-Co-Al非晶合金腐蝕行為的影響45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 實驗方案45
• 4.3 實驗結果與分析45-54
• 4.3.1 XRD圖譜分析45-46
• 4.3.2 電化學、SEM及EDS分析46-52
• 4.3.3 XPS分析52-54
• 4.4 本章小結54-55
• 第5章 Zr基非晶耐腐蝕性能的電子理論研究55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 計算模型55-58
• 5.3 取代位置58-60
• 5.3.1 Y摻雜Zr_(56)Al_(16)Co_(28)58-59
• 5.3.2 Nb摻雜Zr_(56)Al_(16)Co_(28)59-60
• 5.4 計算結果與討論60-66
• 5.4.1 Y摻雜Zr_(56)Al_(16)Co_(28)60-63
• 5.4.2 Nb摻雜Zr_(56)Al_(16)Co_(28)63-66
• 5.5 本章小結66-67
• 結論67-68
• 參考文獻68-74
• 致謝74-75
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄75

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3 本報記者 倪e，

本文編號：315059