非晶纳米晶材料具有比传统材料更为独特和优异的性能,是很有发展前途的新型材料.目前,这种材料仍还没有大范围推广应用.限制其应用的最主要因素是其制备过程难以控制,在实际中很难制备大块非晶纳米晶材料,其应用主要被限制在如薄带、细丝、粉末等低维度形状.相对而言,非晶纳米晶涂层的制备过程比较容易实现,许多方法都可以用来制备非晶纳米晶表面涂层,如热喷涂、电镀、化学镀、电刷镀、前驱体涂覆一热分解、化学气相沉积、物理气相沉积、涂料涂覆等.其中热喷涂技术是一种极具竞争力的技术,同时也是非常有发展前景的技术,.采用现代热喷涂技术制备非晶涂层及纳米结构涂层是对非晶合金、纳米材料制备技术的新开拓.利用等离子喷涂技术成功地制备出了非晶涂层;研究了热喷涂非晶涂层的性能,认为热喷涂非晶涂层具有优异的耐腐蚀性;Jin等研究了Fe-Cr-B合金热喷涂层,发现在摩擦过程中,涂层向非晶结构转变;利用热喷涂技术成功地制备出了纳米晶hicoenl718合金涂层,利用纳米化技术提高材料耐磨性能、非晶化技术提高材料耐蚀性能的特点,将纳米化技术与非晶化技术相结合,制备耐蚀耐磨综合性能优异的非晶纳米晶复合涂层不仅具有广阔的应用背景,还可为研究其形成机理、组织结构及性能提供良好的依据,因而具有重要意义。
喷涂过程中熔化的液滴在基体上冷却形成一个个相互叠加的圆盘状颗粒,它们之间紧密结合形成涂层,显微硬度仪的压痕尺寸超过了盘状截面的尺寸,使横截面硬度的测量值是几个叠加圆盘截面的综合数值,而叠加的圆盘颗粒之间存在一定的缺陷和间隙,表面硬度基本上是测量单个圆盘状颗粒内部的数值,而其内部缺陷和孔隙很少,这很可能是造成涂层的横截面硬度与表面的硬度有较大的差异的主要原因.由于纳米压痕仪的金刚石针很细,针尖有可能压入圆盘状颗粒叠层之间,载荷去掉后圆盘状颗粒又重新叠在一起,使探测到的压痕深度比实际的压入深度小得多,这有可能是造成横截面弹性模量大于表面弹性模量的原因,由于这种铁基非晶纳米晶复合涂层具有非常高的硬度和非晶特性,在高耐磨耐蚀领域应具有很广阔的应用前景.
在等离子喷涂过程中,喷涂粉末粒子被等离子弧加热熔化并加速,当到达基材表面时,熔融的喷涂粉末粒子与基体高速碰撞,使之发生流散变形,成为扁平圆盘状粒子,这些扁平圆盘状粒子的相互搭接、堆积即形成涂层.变形良好的粒子可以填充搭接一堆积颗粒间的空隙,提高涂层的致密性.同时,扁平化使粒子之间的接触面大为增加,这就增加了凝固过程中液滴向基体及环境传热的速度,也就相应地增加了液滴的冷却速度,从而有效地阻止了凝固粒子内部的晶粒形核及长大的趋势.由此可见,喷涂粉末粒子的变形程度对涂层的非晶化及纳米化的影响非常大,同时这一过程对涂层的致密度也有重要影响。
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