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船舶飞行甲板是飞机停放以及船舶工作人员作业的主要场地,在高湿度的海洋环境以及飞机数万次的起降冲击下,甲板涂层极易发生老化、腐蚀与磨损。传统的有机涂层具有耐蚀性好、韧性高等优点,但其耐磨性、耐高温性、耐紫外线能力差,与基体结合强度低,限制了有机涂层在甲板上的应用。金属基陶瓷涂层与甲板钢有着优异的结合强度与耐磨性能,但是其耐蚀性差。铁基非晶合金涂层具备有机涂层与金属基涂层两者的优点,是未来船舶飞行甲板涂层重要的研究方向。本课题通过超音速电弧喷涂技术制备铁基非晶合金涂层,研究了合金体系中Cr、Ni、B、Si及其含量对铁基非晶合金涂层非晶含量的影响,表征了涂层的微观结构与综合服役性能,分析了非晶/纳米晶对甲板涂层综合服役性能的影响,并通过自行设计的飞行甲板模拟实验装置,对涂层综合性能进行评估。以Inoue经验原则为依据,设计了Fe-Cr-Ni-Mo-B-Si的非晶合金体系,通过XRD、SEM等检测方法对铁基非晶合金涂层物相组成及微观形貌进行表征,通过对涂层力学性能、耐蚀性的测试,发现铁基非晶合金涂层非晶含量、物相组成与Ni、Cr、B、Si及其含量密切相关,在实验范围内可得到非晶含量从22.4%到46.3%的铁基非晶合金涂层。非晶含量越高,涂层孔隙率越小,显微硬度越高,与钢铁基体结合力越强,耐蚀性越好。涂层中Cr、Ni含量对涂层结构与性能有关键影响。Cr与Ni具有较大的原子半径,添加至体系中,造成合金体系组元数增加、体系原子之间混合焓增大,使整个体系熔点降低,涂层非晶形成能力提高。当非晶含量最高为46.3%时,涂层显微硬度最高为960Hv、结合力最高为44.1MPa,涂层孔隙率最小为2.2%,同时表现出好的耐蚀性。体系中Ni的过度增加破坏了Fe-Si固溶体形成,使Fe的非晶形成能力降低,同时与Si结合生成Ni2SiO4纳米尺寸硬质相,对晶界移动起抑制作用,使涂层晶粒细化均匀。经正交试验分析,Cr含量19%、Ni含量6%时,涂层有最高的非晶含量,同时涂层在硬度、结合力、孔隙率与耐蚀性等方面性能最佳。B、Si等非金属元素添加至体系中,通过与Fe结合使体系熔点降低,增大非晶形成能力,使涂层综合性能提高。同时体系中B含量对涂层耐磨性有规律性影响,当B含量超过8%,B与Fe、Mo等形成的Mo2FeB4硬质相含量增加,在磨损过程中容易从涂层基体上脱落形成磨粒磨损,造成铁基非晶合金涂层耐磨性降低。经正交试验分析,当合金体系为Fe45Cr19Ni6Mo10B8Si12时,涂层非晶形成能力强,表现出优异的力学性能、耐蚀性以及综合服役性能,满足现阶段甲板防滑涂层的服役要求。参考美军标,模拟飞机降落时轮胎与涂层表面的摩擦情况,及工作环境中甲板上的拦阻索对涂层的磨损情况,自行设计了飞机轮胎、拦阻索摩擦磨损实验室测试装置,研究了铁基非晶合金涂层中非晶/纳米晶含量对涂层防滑、耐磨性的影响。铁基非晶合金涂层非晶含量适当降低,涂层摩擦系数增大,防滑性提高,耐磨性增强。随着体系中Cr、Ni、B、Si含量变化,体系合金熔点发生改变,当体系熔点升高时,涂层非晶形成能力降低,粒子熔融不完全导致涂层表面粗糙,摩擦系数增大,防滑性增强,同时,非晶形成能力降低导致涂层中弥散分布的纳米晶硬质相Ni2SiO4等含量增加,使涂层耐磨性得到提高。当非晶含量46.3%时,铁基非晶合金涂层摩擦系数为1.0,涂层磨损量为123mg,涂层中非晶含量为22.4%时,涂层摩擦系数高达1.32,同时磨损量为104mg,均符合MIL-PRF-24667标准的指标要求。