热喷涂非晶合金涂层的制备

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欢迎访问e展厅 展厅 7 喷涂/清洗/表面工程展厅 PVD涂层设备, 电镀设备, 热镀锌设备, 超声波清洗机, 静电喷粉机, ... 热喷涂技术是表面工程领域中十分重要的技术，其发展趋势是：设备方面(喷涂枪)向高能、高焓和高速度方向发展；材料方面向系列化、标准化、商品化方向发展，以保证多功能高质量涂层的需要；工艺方而向机械化、自动化方向发展，如汁算饥控制、机械手操作等。、随着非晶材料的研究与发展，以及各种新型、优质热喷涂(如高述火焰喷涂HVOF、高述电弧喷涂HVAS和超音速等离子喷涂SPS等)技术的不断涌现，非品结构涂层的热喷涂正在成为热喷涂技术重要的发展方向。 与传统涂层相比，非晶结构涂层在强度、韧性、抗蚀、耐磨、热障和抗热疲劳等方面会有显著改善，且部分涂层以以同时具有上述多种性能。热喷涂技术中非品涂层研究的牲础问题有非晶涂层与基体问的界面问题；非品粉休材料在热喷涂层动态制备过程中的物理、冶金和化学等过程；热喷涂层中非品粉体材料与其他材料之间的协同效应。 一、非晶合金性能特点 1．非晶合金的力学性能 (1)高拉伸强度 常见的结构材料如镁合金、硬铝、钛合金、不锈钢、超强钢等与新型的非品材料的强度相比差别比较明显。例如，比重较轻的Al基和Mg基非晶合金其强度是对应的晶体材料所能获得的最高强的2～3倍。强度不高的Mg合金获得非晶结构后其强度可达1000MPa以上。Al基非晶合金的最高强度可达1200MPa。如果可以获得在非晶基体上弥散着纳米尺度的fcc—Al粒子的结构，则强度可以达到约1550MPa。这种高强度Al基合金，使具有高比强度的新型先进材料的获得成为可能。 (2)高硬度非品合金的硬度较之相应的晶体材料有大幅度的提高，如Fe-B基非晶合金的维氏硬度达到1200以上。非品合金的硬度度和强度与杨氏模量的关系变化趋势基本一致，所以非晶合金真正体现了材料硬而强的特性。 (3)低弹性模量模 非晶合金具有较低的杨氏模量，较之相应的晶态金属具有更好的弹性。同时，非晶合金金具有较高的弹性伸长率和较高的弹性能。此外，非晶还具有高的弯曲强度、断裂韧性等优异的力学性能。 2．非晶合金的其他性能 非晶合金具有长程无序结构，但与液体的无序相比，它还有一些短程有序的短程序畴组成。与普通多晶材料不同，非品合金在受热发生晶化之前会有一个宽的 过冷液相区ΔTx。过冷液相区是具有大块非晶形成能力的合金所特有的，只要合金的非晶形成能力强，那么无论它是大块的，还是低维的非晶薄带、粉、丝等，都会具有这佯的一个区域。过冷液相区的仔在使非晶合金在受热发生晶化之前，在一定的温度范围内可以保持被“冻结”的液体结构，表现出具有一定粘度的与氧化物玻璃极为类似的性质，可以发生牛顿流动，即应变率敏感指数m=1(σ=K×εm)。因此，非晶合金有时也被称为金属玻璃，既有金属的特性，又表现出某些氧化物玻璃的性能特点。非晶合金在过冷温度区间的粘性流动，使得合金具有超塑成形能力。 与普通多晶材料的超塑性相比，非晶合金的超塑性能存在以下优点： (1)变形温度低，非晶合金的超塑变形发生在过冷温度区问，一般在0．6T以下。 (2)高的应变率e，非晶合金具有较宽的牛顿型流动区间，因此可以获得较高的应变率。 (3)变形时所需的外力小，非晶发生塑性变形时处于粘性流动状态，需要的变形力小。 (4)变形过程中不产生空洞，普通的多晶材料在发生超塑变形时，晶粒会发生滑移、转动，甚至垂直于自由表面移动，所以空洞的产生不可避免，而且是一种比较严重的缺陷，而非品合金材料的牛顿流动状态可以从根本上消除这种缺陷。 (5)微观和宏观上都发生均匀的变形。 (6)变形后仍保留原来的性能，只要将变形过程控制在发生牛顿流动的过冷温度区间，冷却后合金仍保持为非晶态，性能不会发生变化。 (7)可以进行形状极为复杂的变形，晶体材料的超塑变形只能进行外形相对简单的工件的成形，而非晶合金的成形则不受限制，对于复杂形状的结构件，其成形能力将表现的更为突出。 非品合金中不存在晶界、沉淀相相界和位错等容易引起局部腐蚀的部位，也不存在品态合金容易出现的成分偏析，所以非晶合金在结构和成分上都比晶态合金更均匀，因而具有更高的抗腐蚀性能，其耐腐蚀性能为晶态不锈钢的100倍。同时，非晶合金通常也不存在沉淀相粒子等障碍对磁畴壁的钉扎作用，因而具有优异的软磁性能。 3．爆炸喷涂非晶合金涂层 H．w．Jin等研究了爆炸喷涂Fe—cr—B系合金涂层的微观组织和耐磨性。结果表明，涂层具有很好的抗磨和防腐性能，涂层在滑动磨损过程中动态产生非晶态表面膜，使涂层的耐磨性显著提高，同时摩擦系数显著下降。 4．电弧喷涂非晶合金涂层 电弧喷涂制备非晶合金涂层的设计思想是：将选定的非晶合金粉末为芯，以金属为外皮制备电弧喷涂用粉芯丝材，喷涂后获得非晶合金电弧喷涂层。A．I．Brisova等人利用电弧喷涂工艺在Fe—B中加入稀土元素，成功制备了Fe—B—RE非晶涂层。国内东北大学郭金花利用电弧喷涂方法制备了两种铁基非晶涂层，涂层显微硬度超过1000。北京工业大学从20世纪80年代就开始致力于热喷涂材料的研究，制备的电弧喷涂非晶合金涂层硬度高(>1000HV)、结合强度高(>55MPa)、耐磨性好，在湿式橡胶轮摩擦磨粒试验中其相对耐磨性是市售3crl3涂层的7倍以上。在循环流化床锅炉管道受热面耐磨防护，各类引风机和排粉机叶轮、钢厂转炉烟罩及烟道等高耐磨耐蚀防护取得很好的效果。同时也是最早申请电弧喷涂非晶涂层用丝材专利的研究所(《电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材》 (专利号：ZL200610089515．9)和电弧喷涂制备含NiB非晶涂层用的粉芯丝材》(专利号：ZL200(订0089516．3)两个发明专利已获专利权)。 三、热喷涂非晶合金涂层存在的问题及其发展前景 利用热喷涂技术制备非晶合金涂层由于研究开发时间较短，涂层还不能达到设计要求。涂层中非晶含量很难达到100％，，制备的涂层致密度较差，涂层性能较大块非晶合金相差较远，从这个意义上讲，涂层性能还没展空间还很大。 目前，国内在该领域的研究水平与美国等发达国家相比还有较大差距。国内热喷涂非晶合金材料的研究尚处于试验研究阶段，从已有的研究结果来看，用热喷涂技术制备的非晶合金涂层防腐、耐磨性能优异，具有良好的应用前景。目前我国也加强了非晶纳米晶结构涂层的研究力度，相信不久的将来，热喷涂非晶合金涂层技术将在我国经济建设中发挥重要作用。(end)

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