热喷涂亚稳态复合涂层研究进展
梁秀兵，徐滨士，魏世丞等
材料导报
亚稳态材料主要包括非晶、纳米晶和准晶材料3类。自1960年Duwez等采用熔融金属急冷法制备AuSi非晶合金薄带以来，非晶材料的研究引起了国内外的广泛关注。非晶材料与晶态材料相比在组织结构和成分上更加均匀，不存在晶界、位错等容易引起局部腐蚀的部位，具有更加优异的防腐性能。近十几年来，实用性的铁基大块非晶发展十分迅速。亚稳态纳米晶材料由于晶粒细小，大量的原子处于晶界上，存在高体积分数的三叉晶界，从而表现出比普通晶态材料和非晶材料更高的强度、较强的塑性变形能力等[5]。非晶纳米晶复合材料是很有发展前景的新型材料。非晶态材料可以提高其耐蚀性能，非晶前驱体的部分纳米化可以显著提高材料的耐磨性能，改善材料塑性。此外，非晶材料内部不含位错、空位、间隙原子等晶体缺陷，采用非晶前驱体纳米化得到的纳米晶粒之间的晶界干净，能显著降低材料本征内应力，纳米晶粒还有阻止材料微裂纹扩展的作用。准晶材料是1984年由以色列科学家Shechtman等蹲]在研究急冷AIMn合金时发现的。国内外研究结果表明，准晶材料因其奇特的结构而具有独特的性能，主要表现在硬度高、摩擦系数低、耐磨防腐性能好，虽低温脆性大，但高温条件下具有很好的塑性，且不会发生加工硬化。尽管以上3类亚稳态材料具有优异的力学、耐磨损、防腐蚀等性能，但是由于受到苛刻的急冷工艺条件限制，大部分只能以粉、丝、薄带、毫米级棒等形式存在，大大限制了亚稳态合金性能潜力的发挥，并限制了其广泛应用。
制备亚稳态材料在工艺上要求具有很高的冷却速率以抑制熔融态合金的结晶，因此，冷却速率是形成亚稳态材料的必要条件。以快速凝固为特征的表面工程技术诸如激光熔覆、物理气相沉积等技术均能获得较快的冷却速率，但由于其生产效率低，难以规模化制备亚稳态涂层，极大地限制了它们在工业生产中的应用。热喷涂技术也是以快速升温熔化材料并瞬间冷却为特征的表面工程技术，有利于形成亚稳态复合涂层，既可以发挥热喷涂优质、高效、低成本的优势，又可以获得具有优质耐磨、防腐等性能的表面防护涂层。热喷涂技术制备亚稳态合金涂层是亚稳态材料制备的新拓展，也是热喷涂技术研究的重要方向，具有广阔的工业应用前景。常规的热喷涂技术主要包括等离子喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂技术等。采用热喷涂技术制备亚稳态涂层材料可以分为2类：一是等离子喷涂或火焰喷涂技术，由喷涂预制的非晶粉末、非晶纳米晶复合粉末或准晶粉末直接获得亚稳态复合涂层。二是电弧喷涂技术，基于材料制备与成形一体化的思路，喷涂含亚稳态涂层形成元素的粉芯丝材，在喷涂的动态过程中获得亚稳态复合涂层。
摘要：热喷涂亚稳态复合涂层能克服许多亚稳材料不易直接成形的不足，有效发挥非晶、纳米晶争准晶材料的特殊功效。等离子喷涂和高速火焰喷涂亚稳态铁基、镍基、陶瓷粉末制备的涂层质量优异，在热障、耐磨、防腐等领域应用前景广阔，但尚需拓展涂层功能，降低成本。电弧喷涂粉芯丝材制备亚稳态涂层具有成本低、效率高、成分易调节等优势，在大规模高效制备耐磨、防腐、防高温腐蚀与冲蚀涂层方面优势明显．但尚需提高涂层稳定性，开发更多涂层材料体系。目前，我国需要从自动化热喷涂设备开发和新型亚稳态材料体系研究两方面展开深入研究，提高亚稳态喷涂层的组织结构稳定性和性能质量可靠性，使该技术走出实验室面向工业应用，更好地为国家循环经济建设服务。
关键词：热喷涂；非晶材科；纳米晶材料；准晶材料;等离子喷涂
略
展望：研发用热喷涂技术制备亚稳态涂层的方法时间较短，涂层性能质量的提升空间很大，为我国学者开展研究与推广应用提供了契机。在设备研发方面，为保证涂层质量与性能的稳定性，要发展自动化与智能化热喷涂设备，实现喷涂工艺与质量的可重复性，提升热喷涂的技术水平。在涂层材料体系设计方面，目前热喷涂亚稳态涂层各相含量的波动性较大，例如非晶涂层中的非晶相含量还不能完全达到100％，涂层性能与块状非晶合金相比还有较大差距，非晶纳米晶复合涂层中纳米晶含量的不可控性有待改善；准晶材料体系的相稳定性等方面还有相当多的基础性规律与机制有待研究。我国的热喷涂亚稳态涂层制备技术研究与美、日、欧等国尚有差距，大部分研究成果尚处于实验室阶段。一方面，需要加强自动化热喷涂设备研发；另一方面，要基于自熔剂、自蔓延、高熵合金等材料设计思路，深入系统地开发新型热喷涂亚稳态材料，并要注重产学研相结合，将最新的研究成果尽快转化为生产力，为我国循环经济建设作出贡献。
参考文献略
本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
