题目：Mg65Cu25Gd10非晶合金的结构与性能研究

传统镁合金由于强度低、塑性差、耐腐蚀能力低等原因，应用受到限制。块体镁基非晶态合金在兼具传统镁合金优良性能的基础上，具有更高的强度和硬度、非常好的耐腐蚀性以及易于在粘滞状态下进行超塑性加工成型等优越性能，已经成为研制高强度镁合金的热点方向之一。在块体镁基非晶合金中，以Mg-Ln-TM (Ln=镧系金属, TM=过渡金属)系合金最为重要，其中又以Mg65Cu25Gd10非晶合金为典型代表，该合金具有大的过冷液相区（ΔTx=70K）、极低的临界冷却速率（1K/s）和优异的机械性能（抗压强度为传统镁合金的2～3倍），具有潜在的工程应用价值。同时，Mg65Cu25Gd10作为优良的非晶形成体为揭示块体镁基非晶合金的本质和探索新的镁基非晶合金体系提供了良好的研究平台。然而，目前关于Mg65Cu25Gd10非晶合金的结构及性能尚不十分清楚。本文运用扩展X射线吸收精细结构谱（EXAFS）方法研究了Mg65Cu25Gd10非晶合金的微观结构，分析了Mg65Cu25Gd10非晶合金的微观结构随温度的变化规律及其对压缩性能的影响，以确立两者的相关性。同时，本文还研究了元素Y的替代对Mg65Cu25Gd10非晶合金结构的影响，从结构角度分析了Mg65Cu25YxGd10-x(x=0, 5, 10)合金非晶形成能力差异的原因。另外，本文还运用差热分析(DSC)方法研究了Mg65Cu25Gd10非晶合金的热稳定性；利用压缩试验和扫描电子显微镜(SEM)研究了合金的室温力学行为及断裂机制、高温力学行为和蠕变行为；利用电化学分析、光电子能谱(XPS)、SEM等方法较为系统地研究了Mg65Cu25Gd10非晶合金的腐蚀行为及合金元素Zn对该合金耐蚀性的影响。研究结果表明，淬态Mg65Cu25Gd10非晶合金中短程有序结构以畸变的二十面体形式存在，位于球面上的三个Cu原子向中心原子Gd凹陷，非晶合金结构由这些畸变的二十面体结构单元通过某种密堆方式构成。随着退火温度或退火时间的增加，Mg65Cu25Gd10非晶合金中Cu原子周围短程有序程度增加，而Gd原子周围短程有序的变化规律比较复杂，呈现出减少→增加→减少的趋势；退火过程中，Mg65Cu25Gd10中Gd原子周围的Cu明显减少，丢失的Cu形成Cu的偏聚；短程有序的变化主要以化学变化为主，拓扑变化不明显。经低温（373K以下）热处理的非晶合金样品，其压缩强度随热处理时间的延长而呈直线降低趋势；热处理温度越高，降低速率越快；宏观断裂方式为剪断兼碎裂，剪断面上呈剪切韧窝特征，碎裂面上呈类解理特征。在较高温度（373K-Tg）退火的非晶合金样品，其压缩强度随处理时间的延长呈先降、后升的变化规律，其峰值与淬态非晶合金相当；宏观断裂方式为碎裂，微观断裂特征为类似解理断裂。在过冷液相区和晶化起始温度以上退火处理的非晶合金，压缩强度都随退火时间延长而急剧降低，宏观断裂方式分别为劈裂和碎裂，劈裂微观特征仍为类解理，碎裂兼有准解理和微韧窝特征。Mg65Cu25Gd10非晶合金在退火过程中Cu原子周围短程有序的发展和Gd原子周围短程有序的下降损害了材料的力学性能，这是在低温（373K以下）及Tg 温度以上退火的样品力学性能下降的直接原因。Mg65Cu25Gd10中Gd原子周围短程有序程度的增加对力学行为的影响明显强于Cu的影响，Gd原子周围短程有序程度的增加有利于Mg65Cu25Gd10力学性能的提高，这是合金在较高温度（373K-Tg）退火后力学性能得以恢复的根本原因。在淬态Mg65Cu25YxGd10-x(x=0, 5, 10)样品中，Gd含量的增加使得Mg65Cu25Y10中Cu周围短程有序增强，Cu原子周围形成配位数更大、原子间束缚更加紧密的多面体构型的短程有序结构。这导致Mg65Cu25Gd10合金较Mg65Cu25Y10非晶形成能力得到明显提高。随着变形温度提高，Mg65Cu25Gd10非晶合金的强度迅速降低，并表现出塑性特征。在393K以下，Mg65Cu25Gd10非晶合金的蠕变速率随蠕变温度和蠕变应力的变化规律符合Arrhenius方程，蠕变机理为原子空位扩散及过剩自由体积控制的原子扩散。在403K以上，蠕变速率明显加快，不符合Arrhenius方程。Mg65Cu25Gd10块体非晶合金样品在NaCl溶液中恒电位钝化后，表面最外层仅含有Mg和Cu的氧化物；在NaOH溶液中样品恒电位钝化膜最外层仅含有Mg的氧化物。DP-XPS结果表明，在NaCl溶液中形成的钝化膜较为疏松多孔，这给合金一个相对较弱的腐蚀防护；在NaOH溶液中样品的钝化膜较前者更为致密，使得合金在NaOH溶液中具有良好的耐蚀性。Mg65Cu20Zn5Gd10非晶合金较Mg65Cu25Gd10具有更好的耐蚀性能。Zn提高Mg65Cu25Gd10非晶合金耐蚀性的原因主要是由于Zn的添加有利于降低Mg、Cu间的电位差，从而起到降低电流腐蚀的作用。