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非晶合金是极具发展潜力的金属材料，铁基非晶合金性能优异，成本较低，易获得推广使用。介绍了铁基非晶合金的形成能力及其性能，综述热喷涂制备铁基非晶涂层及其应用，展望了热喷涂制备铁基非晶涂层未来的发展趋势。 由于在快速凝固时原子不足以有序的排列结晶，获得的晶态合金是长程无序结构，没有晶态合金中存在晶粒、晶界的固体合金被称为金属玻璃，也称为非晶合金。非晶合金是冶金材料科学的一场革命。非晶合金具备很多其独有的特性，如高强度、高硬度，优良的耐蚀性、耐磨性，较高的电阻率、较好的储氢性能以及机电耦合性等。其中，铁基非晶合金不但具有一般非晶合金所具备的特征，而且铁元素含量丰富，制备过程中需要真空度等特点，从而使材料成本和制备成本较低，易获得推广使用。由于冷却速度和非晶形成能力的制约，制备的铁基块体非晶合金厚度或直径也只有数毫米，这极大地限制了其在实际工程中的应用。 热喷涂技术不但能够迅速升温使材料熔化，还具备快冷凝固的特性，这有利于涂层中形成非晶相。运用现代先进的热喷涂技术制备的铁基非晶合金涂层，既可以发挥热喷涂技术的优势，又可以实现材料表面改性处理，使材料表面具备某种特殊功效，从而满足材料在多种工程应用中的使用要求。 1、铁基非晶合金的形成能力 在非晶合金的初期研究中，其成分中大多含有贵金属元素(如Pd、Pt 等) ，这极大地限制了其在工程中的应用。近些年来，非晶合金得以迅猛发展，关于非贵金属元素如Mg、Zr、Cu、Ti、Fe 基非晶合金的研究也日渐增多，成为非晶合金研究的主流。在自然界中，Fe 元素含量丰富，仅次于O、Si、Al元素。Al 基非晶合金从发现以来，一直很难突破毫米级尺寸。此外，铁基非晶合金也具备高强度、高硬度，优异的耐蚀性、耐磨性，高热稳定性以及良好的软磁性能。图1 为近十年来一些Fe 基非晶合金体系的直径及其报道的年份。
图1 近十年来一些Fe 基非晶合金体系的直径和文献报道年份的统计 从图1 可以看出，铁基非晶合金的临界尺寸到目前为止没有较大的突破，具有超过厘米级临界尺寸的铁基非晶合金数量并不多。 2、Fe 基非晶合金的性能 Fe 基非晶合金主要有以下几个优势： 1) 高强度、高硬度。Fe 基块体非晶合金作为工程应用的材料，最大的优势就是具有高的硬度，例如FeNbB 非晶合金的压缩断裂强度高达4850 MPa。 2) 优异的耐磨性。比起晶态合金，非晶合金强度高得多，这是因为非晶合金中原子之间的键能较高，并且在非晶合金中不会产生因位错运动而发生的滑移。因此，铁基非晶合金具备高强度、高硬度，耐磨性好。 3) 优异的耐腐蚀性。非晶合金的结构是单向无定性的，无晶界、堆垛层错等，所以其结构和成分都比晶态合金均匀，而且具有非晶态结构的合金自身活性比较高，可以在材料表面快速形成比较均匀的钝化膜。实验结果表明，其腐蚀率比不锈钢要低得多，所以它是在某些场合取代不锈钢的极具潜力的耐腐蚀材料。 4) 优异的软磁性能。铁基非晶合金具有很高的效率、较高的磁导率、低的涡流损耗等优良的物理性能，是优异的软磁功能材料，将使电子元器件发展为高频、高效、节能，小型化。 虽然铁基非晶合金的优势较多，但作为结构材料和功能材料，以下几个关键问题也使它的发展受到限制： 1) 失稳塑性变形能力极其差(其塑性应变一般< 0.2%) ，为比较典型的脆性材料。通常，Fe 基非晶合金在达到屈服强度前会突然间失效，发生脆性断裂。 2) 断裂韧性较低。铁基非晶合金不但室温塑性较差，且断裂韧性也极低，其断裂表面能较小，断裂后为粉末状。通常，Fe 基大块非晶合金的断裂韧性较低(<10 MPa) ，不能满足结构材料的实际要求限值。 3) 作为一种功能磁性材料，铁基非晶合金的形成能力仍然是有限的。需要的材料纯度较高，这就对制备环境要求比较严苛，同时，增添一些能够促进非晶形成的金属元素(如Mo、Cr、V 等) ，这就促使Fe元素的含量降低，导致饱和磁极化强度的降低。 综上所述，Fe 基块体非晶合金高强度、高硬度，但存在严重的常温脆性问题，这就极大地限制了其在工程中的应用。目前，铁基非晶合金的塑性增韧还没有实质性的突破，但可以采用喷涂方法制备成涂层来扩展其在工程中的应用。因此，Fe 基非晶涂层的制备是研究的重要方向。 5、结束语 目前，国内外学者采用热喷涂技术制备了不同非晶合金系的铁基非晶合金涂层，涂层性能优异，在工程应用中非晶合金具有较好的声誉。然而，制得的涂层中非晶含量没有达到100%，涂层的性能也不如大块非晶合金优异，其性能还没有取得突破性的进展。 基于非晶体系的设计或对涂层性能研究等方面，国内运用热喷涂技术制备铁基非晶涂层与美国和其他发达国家仍存在一定的差距。将来，采用热喷涂技术制备铁基非晶涂层的研究重点应该集中在：设计研发新的非晶合金，完善和拓展热喷涂材料的合金系; 改进传统热喷涂工艺，加快冷却速率，降低生产成本。此外，我国也加大了热喷涂制备非晶/纳米晶合金涂层的研究步伐。 本文 热喷涂铁基非晶合金材料的研究进展 为 热处理网 首发，转载请以链接形式标明本文地址。 http://rechuli./tech/101051.html 更多与 热处理技术 铁基非晶态合金 相关的文章请阅读： |
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