Al基非晶合金的再钝化行为及催化降解性能的研究

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Al基非晶特别是Al-TM(Fe,Co,Ni:1-15at.%)-RE(Y,Gd,Ce:3-20at.%)合金具有优异的电化学性能。近年来非晶形成能力、耐腐蚀性及催化降解性能已成为了非晶领域的研究热点。通过改变合金组分并采用热处理工艺深入研究了材料的腐蚀机理和降解机制,期望获得性能更加优异的非晶材料,进一步促进其在非晶涂层和污水处理方面的应用。本文以Al-Fe-Y为研究对象,研究了Au元素的添加对金属间化合物的析出倾向和再钝化行为的影响。此外,非晶合金由于其原子结构的无序性,在染料降解方面表现出优异的性能。基于此本文还研究了Al-Co-Y和Al-Ni-Y合金条带对甲基蓝染料的降解性能及机制,分析了非晶条带的晶化方式及晶化相的析出对降解效果的影响。  通过原子堆积密度(ε)和热力学复合参数(F)的计算分析了Au元素的添加对Al88Fe5Y7非晶合金中AlY和AlFe金属间相的选择性析出倾向的影响。同时利用电化学工作站探究了Al88-xFe5Y7Aux(x=0,0.5和1)非晶合金的腐蚀行为。探究表明Au元素含量x=0时,由于AlY原子团簇的原子堆积密度要低于AlFe原子团簇,因而AlY相具有较大的析出倾向。同时电化学研究表明x=0时,△E(=Ep-Eprot,Ep和Eprot分别是点蚀电位和保护电位)和回扫曲线的斜率ks(=dE/dlog(I》明显比加入Au元素后大,这说明AlY相会促进点蚀的发生,并使点蚀坑内部产生许多点蚀通道,再钝化变得比较困难。而当Au元素添加量x=0.5和1时,AlFe原子团簇由于具有更高的堆积密度,成为引发失稳的起点,因而AlFe相较容易析出。在极化曲线上△E和ks明显降低,这说明AlFe相能使耐蚀性能明显提高,点蚀后又很快发生再钝化,合金条带具有优异的钝化膜修复能力。  利用紫外可见分光光度计研究了Al95-xTMxY5(x=7和10)(TM=Ni和Co)非晶条带的催化降解性能,并比较了退火处理后合金条带的降解效果。研究发现Al85TM10Y5合金条带的降解速率要快于Al88TM7Y5,这说明AlTM原子团簇在降解中具有重要作用。另外,通过比较Al-Co-Y和Al-Ni-Y非晶合金在降解性能上的差异,发现晶化方式的不同对降解速率产生较大的影响。Al85Co10Y5合金条带降解效果最佳,这是由于其特有的共晶晶化方式,非晶基体中存在着较多的Al9Co2预存晶核,降解过程中Co原子容易发生电子转移,加速降解。而Al88Co7Y5,Al88Ni7Y5和Al85Ni10Y5非晶条带均以初晶晶化方式发生晶化,不利于染料分子的降解。不同温度下退火处理后的Al88Co7Y5和Al85CO10Y5合金条带的降解速率随晶化程度的增加而减慢,说明非晶合金具有更加优异的降解性能,这一方面是由于其特殊的无序原子结构和非平衡亚稳态特性,比表面能较高,能够快速吸附染料分子,另一方面则是由于富Co与富Y原子团簇之间容易形成微电池,加快反应。而晶化后的合金条带因吸附能力差,前期降解较缓慢,后期主要是通过Al和Y元素的选择性溶解,形成了富Co的纳米多孔结构,促使染料分子降解。
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