Fe基非晶涂层耐腐蚀性能的影响因素及提升措施综述

非晶合金的结构特点是短程有序,长程无序,不存在晶界和位错等晶体缺陷.Fe基块体非晶合金尽管具有超高的硬度和强度、出色的耐腐蚀和耐磨性,且成本低廉,但是也因非晶形成能力低及室温脆性而大部分以粉末、薄带、毫米棒等形式存在,使其推广和应用受到较大限制.将非晶合金制备成涂层,不仅能有效弥补上述不足,还保留了块体非晶合金固有的特性,已在石油化工、汽车机械、海洋工程等制造和再制造领域获得应用.超音速火焰喷涂(HVOF)、等离子喷涂(APS)等技术已被证实能够在钢材基体上制备Fe基非晶涂层.根据诸多研究结果可知,影响Fe基非晶涂层耐腐蚀性能的因素主要有:非晶成分(如Cr、Mo、Ni、Nb等元素)、孔隙率、晶化相、粉末粒径、氧化物、喷涂工艺及参数、外界环境等.同时,研究者们还在提高喷涂非晶涂层耐腐蚀性的工艺措施方面取得了一些成果,包括热处理、封孔处理、激光重熔、氧化处理、离子注入、极化处理等.这些努力极大地推动了Fe基非晶涂层在海洋装备腐蚀防护中的实际应用.本文总结了Fe基非晶涂层耐腐蚀性能的影响因素和提升措施方面的相关研究进展,并简要分析了研究中存在的不足以及未来发展前景.     

超音速火焰喷涂制备Fe基非晶合金涂层的组织与腐蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂技术制备了Fe基非晶涂层,通过激光粒度分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试技术对Fe基合金粉末以及获得的Fe基涂层的形貌和显微组织结构进行了研究,结果表明,采用合适的喷涂工艺可以获得非晶态的Fe基合金涂层。Fe基非晶合金涂层的耐腐蚀性实验表明,获得的非晶合金涂层具有优异的耐腐蚀性。     

铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展

铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景,综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。首先,介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系,目前铝基非晶主要分为3大体系：二元、三元和多元体系,以及综合性能和形成能力2大方面,多元体系表现更佳,并逐渐向更多元化发展;其次,系统介绍了铝基非晶合金的制备方法,包括粉末状、薄带状、块体样品的制备,相较于非晶薄带的制备,块体和粉状的制备方法较为丰富,而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料;随后,详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势,从性能上来看,铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好,目前主要以涂层的形式参与应用,除此之外,研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究,由于玻璃形成能力的限制,作为结构材料的应用较少;最后,对其未来应用前景进行了展望,认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。     

超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状

非晶合金的短程有序,长程无序和不存在晶界、位错等晶体缺陷等特点,使其具有较高的强度以及优异的防腐耐磨性能,从而成为一种具有广阔应用前景的新型金属材料。 然而,由于非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制,目前难以得到具有工程意义的大尺寸块体结构材料。为了充分利用其优异的性能和扩大其应用领域,众多学者对制备非晶合金涂层展开了广泛研究。以超音速火焰喷涂为代表的热喷涂技术由于具有加工工艺简单、热输入低、喷涂材料范围大、制备的涂层耐磨耐蚀性能好等优势成为了制备非晶合金的重要方式。目前,利用超音速火焰喷涂技术制备的非晶合金涂层主要有Fe基、Ni基和Mo基等。而在众多的非晶体系中,Fe基非晶合金涂层由于其优异的性能和低廉的成本受到了广泛关注。研究者们发现,制备性能优异的Fe基非晶合金涂层不仅需要合适的制备方法,同时合金系成分的合理选择以及制备过程中工艺参数的优化能够完善非晶合金本身的优良特性,保证非晶合金具有更好的非晶形成能力并提高涂层的质量及使用性能。 目前,通过超音速火焰喷涂的涂层孔隙度通常低于2%,在使用改进型空气超音速火焰喷涂系统后可以将涂层的孔隙度降低到0.3%以内,使得涂层更致密,减少涂层浸泡在腐蚀介质中由于孔隙造成的涂层破坏,延长涂层的使用寿命。另外,在深共晶规律、电子密度规律、热力学规律等经验规律的指导下,研究者们开发了很多成分多元的Fe基合金体系,使得制备的非晶合金涂层在耐磨耐蚀等性能上都有很大提升,例如七元合金体系中的Fe₄₀Cu₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂在干摩擦磨损实验中,磨损量仅为相同条件下45号钢的四分之一,说明其具有优异的耐磨性能;八元合金体系中的Fe₆₃Cr₈Mo3.5Ni₅P₁₀B₄C₄Si2.5在进行3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学腐蚀实验后,比相同条件下304不锈钢涂层表面的腐蚀坑更少、更小,拥有更好的抗腐蚀性能。 本文对超音速火焰喷涂Fe基非晶合金的研究现状进行了综述,归纳总结了合金化学成分和喷涂参数对Fe基非晶合金涂层摩擦学性能和耐蚀性能的影响。并对超音速火焰喷涂制备性能优异的Fe基非晶合金涂层的研究前景进行了展望。     

Fe基非晶合金涂层的等离子喷涂制备工艺研究

一种Fe基非晶合金粉末（含Si,B，Cr,Ni等）被用于大气等离子喷涂试验，结果表明，采用等离子喷涂工艺成功地制备出了一种高非晶含量的Fe基非晶合金涂层，涂层各区域的组织均匀一致，涂层由变形良好的带状粒子相互塔接堆积而成，涂层致密度高，孔隙率低，氧化物含量较少，并具有很高的硬度，显微硬度在530～790Hv0.1范围内，涂层与基材结合良好，结合强度可达27MPa以上，能够满足实际使用要求。     

Ni-Al包覆增强Fe基非晶涂层的结构与耐磨性

为了降低Fe基非晶涂层的孔隙率,并提高其耐摩擦性能,采用机械球磨法在铁基非晶颗粒表面包覆Ni-Al颗粒,得到具有壳-核结构的涂层复合喷涂粉末,并采用等离子喷涂法将其在45钢表面制备铁基非晶涂层;分析了包覆型复合粉末和Fe基复合涂层的相组成和微观结构,测试了复合涂层的孔隙率、非晶相比例和干摩擦性能,研究了Ni-Al粒子包覆前后涂层的微观结构与摩擦机理变化。结果表明:Ni-Al粒子成功包覆在Fe基非晶表面形成了结构致密的壳-核结构复合粉末,粉末粒径小于50μm,包覆层厚度1～3μm。涂层孔隙率下降5%左右,由于Ni-Al稀释作用,非晶含量由72.5%降低为64.8%,复合涂层的结构显示为Ni3Al相和Fe基非晶形成的层片状。相对于传统涂层结构,复合涂层更能够强化非晶涂层的层状堆积的优点。相比Fe基非晶涂层,复合涂层的摩擦系数由0.412 3降低到0.256 1,磨损量为原涂层的1/2左右。Ni-Al粒子通过改进Fe基非晶粒子的熔解形态和延展能力,有效提高了非晶涂层的致密度,涂层非晶含量降低不明显,耐磨性显著增强。     

铝基非晶材料研究与再制造应用前景

发现于20世纪60年代的铝基非晶合金作为一种低密度材料拥有着较高的比强度,而且与传统晶态材料相比,呈现出长程无序、短程有序的原子排列特点,其内部不存在晶界、位错等较易引发失效的缺陷结构,表现出高硬度和优异的防腐、耐磨等性能,受到了国内外众多学者的广泛关注.起初,这类材料由于受到制备工艺的限制,表现为非晶与纳米晶共存的结构.随着科技发展,科学家们开发了一系列具有完全非晶结构的铝基合金体系.这些材料在具有较高的机械强度的同时能够表现出良好的韧性,使人们对其非晶形成能力、制备方法及应用推广等方面产生了较大的兴趣.对铝基非晶合金非晶形成能力的研究,学者们通常基于块体非晶合金非晶形成能力的经验判据,以及其他一些新提出的判定方法,如蒸发焓、费米层电子态密度、原子扩散以及析出相熔点等.但是,由于铝基非晶合金过冷液相区间较窄以及Al元素化学活性较强,因此铝基非晶合金的非晶形成能力普遍较弱.虽然人们在元素种类及含量变化对铝基非晶合金非晶形成能力的影响等方面做了大量的研究工作,但是目前仍未形成具有普适性的或更加精确的铝基非晶形成能力判定方法,未来仍需借助高性能材料模拟计算和机器学习等技术来进行完善.铝基非晶合金非晶形成能力较弱,以及其对外界条件的影响较为敏感,导致其在制备过程中易发生晶化,从而使获得的材料尺寸维度普遍较低.目前,铝基非晶合金的常见制备方法可按照其形态(粉状、块体、涂层等)来进行划分.粉状铝基非晶合金的制备方法主要为气雾化法和机械合金化法;块体铝基非晶合金的制备方法主要为直接凝固法和粉末冶金法;涂层类铝基非晶合金的制备方法主要包括激光熔覆、爆炸喷涂、冷喷涂、超音速火焰喷涂和电弧喷涂.相对而言,铝基非晶涂层制备技术不会受到工件尺寸的限制,工艺简单、操作方便,且适合于户外大面积施工,在表面防护与再制造工程领域更具应用潜力.尤其是在大型舰船、飞机、海洋设施等高附加值零件的再制造领域里,铝基非晶涂层制备技术的大规模推广应用将会带来巨大的经济效益.本文介绍了铝基非晶合金的发展过程、非晶形成能力、制备方法等内容,总结了铝基非晶涂层在再制造领域的应用前景,并展望了铝基非晶合金的未来研究方向.     

冷喷涂制备非晶合金涂层的研究进展

综述了近年来冷喷涂制备非晶合金涂层的现状,总结了喷涂工艺参数对铁基、铝基、铜基及镍基等非晶合金涂层制备的影响,详细阐述了涂层晶化及沉积机制,并在冷喷涂涂层硬度、耐磨及防腐性能等方面进行了归纳,最后对冷喷涂技术在非晶合金制备的发展趋势进行了展望.     

Ni基合金粉末及其非晶涂层的制备与表征

为解决非晶粉末价格昂贵、成型困难等问题,采用真空气雾化法制备了Ni FeCrMoNbBSi合金粉末,利用火焰喷涂焰流温度高、冷凝速度快有利于形成非晶相等特点,经火焰喷涂后制备了镍基非晶涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM等对粉末和涂层的相组织结构、表面形貌和微观特征进行了表征。结果表明:Ni FeCrMoNbBSi合金粉末形貌为球形或近球形,主要由晶体相FeNi3和Ni CrFe固溶体组成,非晶含量较少。制备的Ni基非晶涂层组织结构致密,主要由非晶相和Cr2Ni3金属间化合物组成,非晶含量可达70%(体积分数)。     

激光熔覆制备金属表面非晶涂层研究进展

本文简要介绍非晶合金的结构和性能,以及传统制备块体非晶合金方法的局限性。结合激光熔覆技术的特性,重点综述在金属材料基体表面上利用激光熔覆技术制备Fe基、Zr基、Ni基、Cu基和其他非晶涂层的研究现状,以及激光制备工艺参数、微合金化元素种类和含量、增强相等因素对激光熔覆非晶涂层的影响。最后,指出利用激光熔覆技术制备非晶涂层的成分设计和控制、激光熔覆工艺的设计和优化、激光熔覆非晶涂层的基础理论研究等方面存在的主要问题和今后的发展方向。     

铁基非晶涂层的研究进展

综述铁基非晶涂层的研究进展,介绍典型的铁基非晶涂层合金体系及分类,重点讨论热喷涂和激光熔覆制备铁基非晶涂层技术的现状、进展和发展趋势,阐述铁基非晶涂层的主要力学性能特点及目前的应用概况。在综述铁基非晶涂层目前存在主要问题的基础上,指出今后的发展方向应体现开发高非晶含量铁基涂层的制备工艺与技术,研制新型低成本高性能铁基非晶涂层材料以及拓宽铁基非晶涂层的应用领域等趋势。     

Development of Rapidly Quenched Soft Magnetic Materials in China

1. IntroductionSince the first amorphous alloy quenched directlyfrom melt was obtained by Duwez et al. in 196011j, anumber of stable amorphous metal alloys have beenprepared and extensively investigated. In 1966, thefirst iron-based amorphous alloy, FePC[2] I with highsaturation induction was discovered, opening the possibility of using this class of materials as practical ferromagnetic materials.The research and development activities on suchmaterials in China were started in 1976. Even th…     

放电等离子烧结制备块体非晶合金研究进展

非晶合金又称“金属玻璃”,是由于超快速冷却凝固导致无法有序排列结晶,从而得到的一种长程无序结构。这种非晶合金与存在晶界和位错的普通合金相比,具有更加优异的力学及物化性能。由于粉末状或条状非晶合金在尺寸和性能等方面的限制,因而大尺寸、优异力学性能及软磁性能卓越的块体非晶合金的制备受到了大量关注与探究。放电等离子烧结技术以温度低、效率高、时间短及冷却速率快等优点,被认为是一种具有广阔发展前景的制备方法。对Fe基、Zr基、Al基及Ti基本身的特点,以及通过放电等离子烧结技术制备不同体系块体非晶合金的物理及化学性能的研究进行了较为全面的综述。概述了放电等离子烧结技术的原理及在制备块体非晶合金方面的优势;分析了放电等离子烧结技术和制备的块体非晶合金材料存在的问题,以及采用该技术制备块体非晶合金的发展前景。重点介绍了在采用该制备不同体系的块体非晶合金时,如何通过改变放电等离子烧结参数,或通过再加工、本身粉末添加元素等方法获得大尺寸、优异性能的块体非晶合金。     

Ferromagnetic Fe-based Amorphous Alloy with High Glass-forming Ability

A ferromagnetic amorphous Fe73Al4Ge2Nb1P10C6B4 alloy with high glass-forming ability was synthesized by melt spinning. The supercooled liquid region before crystallization reaches about 65.7 K. The crystallized structure consists of alpha -Fe, Fe3B, FeB, Fe3P and Fe3C phases. The Fe-based amorphous alloy exhibits good magnetic properties with a high saturation magnetization and a low saturated magnetostriction. The crystallization leads to an obvious decrease in the soft magnetic properties.     

低温应力退火Fe基合金薄带巨磁阻抗特性的研究

通过同步辐射X射线衍射技术,观测Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带经过不同温度和不同应力退火60 min后样品的微观结构,利用HP4294A型阻抗分析仪测量相应样品的巨磁阻抗比与磁各向异性。研究结果表明,在450℃下施加不同应力退火的样品仍然处于非晶结构状态,并且在应力为112.1 MPa的条件下产生优异的磁性能,样品的最大巨磁阻抗比达到了1818.7%,是自由退火条件下最大巨磁阻抗比的1.9倍,同时能够改变巨磁阻抗曲线的形状,使Fe基合金薄带的巨磁阻抗曲线具有宽线性的特性。对实验数据进行拟合后发现,样品的最大巨磁阻抗比和磁各向异性场与外加应力都具有线性关系,磁感灵敏度与外加应力具有负指数关系。通过探究发现具有非晶结构的Fe基合金薄带的磁学性能对应力敏感,可以作为研究非晶纳米晶合金材料应力敏感问题的另一个新方向。     

高性能软磁合金的研究进展EI北大核心CSCD

软磁材料是一种极为重要且应用十分广泛的能源材料,近年来,随着磁性元件的日益高频化和小型化,以及节能环保的号召,开发和研究高性能软磁材料具有重要意义。本工作概述了软磁合金的发展历史,重点归纳出各类软磁合金(包括传统软磁合金、非晶/纳米晶软磁合金、高熵软磁合金)的成分、微观组织、磁性能以及应用范围,并总结出不同软磁合金的优、缺点;指出典型合金的微观组织对合金软磁性能(尤其矫顽力)具有关键性的主导作用,进而探讨了影响软磁合金矫顽力的因素及其微观机制,发现控制晶粒尺寸(或纳米粒子尺寸)是获得低矫顽力的关键,并描述了矫顽力的微观影响机制在高熵软磁合金中的发展;最后,展望了高熵软磁合金因多主元混合的成分特性带来的组织多样化,更有利于实现对合金性能的调控,并有望作为新一代高温软磁体材料。     

X-ray diffraction measurements in high magnetic fields and at high temperatures

A system was developed measuring x-ray powder diffraction in high magnetic fields up to 5 T and at temperatures from 283 to 473 K. The stability of the temperature is within 1 K over 6 h. In order to examine the ability of the system, the high-field x-ray diffraction measurements were carried out for Si and a Ni-based ferromagnetic shape-memory alloy. The results show that the x-ray powder diffraction measurements in high magnetic fields and at high temperatures are useful for materials research.     

Effect of Zr on microstructure of metallic glass coatings prepared by gas tunnel type plasma spraying

Metallic glass is one of the most attractive advanced materials, and many researchers have conducted various developmental research works. Metallic glass is expected to be used as a functional material because of its excellent physical and chemical functions such as high strength and high corrosion resistance. However, the application for small size parts has been carried out only in some industrial fields. In order to widen the industrial application fields, a composite material is preferred for the cost performance. In the coating processes of metallic glass with the conventional deposition techniques, there is a difficulty to form thick coatings due to their low deposition rate. Thermal spraying method is one of the potential candidates to produce metallic glass composites. Metallic glass coatings can be applied to the longer parts and therefore the application field can be widened. The gas tunnel plasma spraying is one of the most important technologies for high quality ceramic coating and synthesizing functional materials. As the gas tunnel type plasma jet is superior to the properties of other conventional type plasma jets, this plasma has great possibilities for various applications in thermal processing. In this study, the gas tunnel type plasma spraying was used to form the metallic glass coatings on the stainless-steel substrate. The microstructure and surface morphology of the metallic glass coatings were examined using Fe-based metallic glass powder and Zr-based metallic glass powder as coating material. For the mechanical properties the Vickers hardness was measured on the cross section of both the coatings and the difference between the powders was compared.     

The mechanism of magnetic relaxation in Fe-based nanocrystalline alloy ribbons investigated by permeability spectroscopy

In the present work, in order to elucidate the mechanism of magnetic relaxation in Fe-based nanocrystalline alloy ribbons at low fields and low frequencies, the dependence of the dynamic magnetization properties of nanocrystalline alloy ribbons on the thickness of ribbons has been investigated by permeability spectroscopy. The agreement of the experimental results with the domain wall motion equations confirms that domain wall bulging between the pinning edges is the dominant magnetization mechanism at low fields and low frequencies.