【摘 要】
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非晶合金因为具有高强度、高硬度和优异的耐磨及耐腐蚀性能受到科学界的青睐,并成为材料学和凝固态物理领域的一个重要研究方向。但是由于其室温塑性变形差,导致了其机械加工性能差,也因此成为阻碍其推广应用的主要瓶颈。相比之下,非晶涂层近年受到越来越多的关注,其继承了非晶合金优异的性能,在制造与再制造领域存在巨大的工程应用价值。Fe基非晶涂层具有低的材料成本、优异的耐磨及耐腐蚀等综合性能,成为高性能非晶涂层的
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非晶合金因为具有高强度、高硬度和优异的耐磨及耐腐蚀性能受到科学界的青睐,并成为材料学和凝固态物理领域的一个重要研究方向。但是由于其室温塑性变形差,导致了其机械加工性能差,也因此成为阻碍其推广应用的主要瓶颈。相比之下,非晶涂层近年受到越来越多的关注,其继承了非晶合金优异的性能,在制造与再制造领域存在巨大的工程应用价值。Fe基非晶涂层具有低的材料成本、优异的耐磨及耐腐蚀等综合性能,成为高性能非晶涂层的研究重点之一。本研究优化出Fe70-xNixSi7.5B17.5Nb5（x=0,5,10,15,20,25 at.%）、(Fe0.5Ni0.2)70-yCry Si7.5B17.5Nb5（y=3,6,9,12 at.%）和（Fe0.5Ni0.2）61Cr9Coz Si7.5-z B17.5Nb5（z=2,4,6at.%）三种合金体系,利用铜模吸铸法制备直径为2 mm的合金棒材,探究了Ni、Cr和Co元素对合金的热稳定性、力学性能及耐腐性能的影响。选取具有优异综合性能的(Fe0.5Ni0.2)61Cr9Co6Si1.5B17.5Nb5非晶合金成分,采用高压气雾化法制备Fe基非晶粉末,并通过超音速火焰喷涂（High velocity oxy-fuel,HVOF）制备Fe基非晶涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、同步热分析仪、万能力学试验机、电化学工作站、往复式摩擦磨损试验机等分别对块体非晶合金、非晶粉末、非晶涂层的结构、微观组织、力学性能、腐性性能以及磨损性能进行检测分析。分别得出如下结论:（1）铜模吸铸法制备的2 mm合金棒材,其中Fe70-xNixSi7.5B17.5Nb5（x=0,5,10,15,20 at.%）和(Fe0.5Ni0.2)61Cr9Co6Si1.5B17.5Nb5为完全非晶态,表明Ni和Co元素的添加有利于提高非晶合金的热稳定性。(Fe0.5Ni0.2)61Cr9Co6Si1.5B17.5Nb5非晶合金具有最大的压缩强度(σmax)和压缩塑性应变（εp）,分别为4110 MPa和1.2%。在人工海水溶液中有最低的自腐蚀电流密度(Icorr),为1.149×10-8 A·cm-2,合金表面的钝化膜存在Cr、Co、Si和O元素。表明(Fe0.5Ni0.2)61Cr9Co6Si1.5B17.5Nb5非晶合金具有优异的综合性能。（2）高压气雾化法制备粒径为18～48μm的(Fe0.5Ni0.2)61Cr9Co6Si1.5B17.5Nb5合金粉末为完全非晶态,通过HVOF在A32船体用钢和A32船体用钢焊缝表面制备涂层,涂层均为完全非晶态。涂层截面组织均匀、致密,无微裂纹等缺陷,平均显微硬度为653.4 HV0.2,涂层和粉末均具有良好的热稳定性。涂层在施加载荷为10 N,滑动速度为25 mm·s-1的条件下,涂层的摩擦系数约为0.4,磨损率为4.5×10-5 mm3·N-1m-1。随着施加载荷的增加,涂层磨痕宽度增加,磨损机制主要为氧化磨损,并伴有剥层磨损。相比于基体A32船体用钢,非晶涂层在人工海水、20 wt.%H2SO4和40 wt.%H2SO4溶液中均表现出低的Icorr,分别为6.378×10-7、8.362×10-7 A·cm-2和9.286×10-7 A·cm-2,且涂层表面均生成了富Cr元素的钝化膜,在H2SO4溶液中钝化膜的Cr元素含量更高,表明该涂层具有很好的耐腐蚀性能。（3）非晶涂层在440、460℃和480℃热处理分别保温20、40 min和60 min仍保持非晶态,随着热处理温度和时间的增加,涂层的耐磨及耐腐性能均得到了改善,磨损机制仍为氧化磨损和剥层磨损,但磨损程度较未处理的原始非晶涂层减轻。非晶涂层在480℃热处理保温1110 min时,涂层晶化生成Fe Ni3纳米晶体相,涂层的磨损率比未处理的原始非晶涂层减少,为1.6×10-5 mm3·N-1m-1;在人工海水溶液中有最低的Icorr,为4.591×10-8A·cm-2,表明非晶涂层在480℃热处理保温1110 min处理后耐磨及腐蚀性能得到很大提升。
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