摘 要
本文通过实验优化设计确定了 HVAF 和 HVOF 制备铁基非晶涂层的最佳工艺。利用 X 射线衍射分析仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、氧含量测试仪、热机械分析仪（TMA）、显微硬度计、力学试验机、电化学工作站、摩擦磨损试验机等实验手段对比研究了 HVAF 和 HVOF 铁基非晶涂层的结构、电化学腐蚀性能、摩擦磨损性能、结合强度以及抗热震性能。
所制备的 HVAF 和 HVOF 铁基非晶涂层都非常致密，孔隙率和厚度相同，与基体结合紧密。XRD 表明 HVAF 和 HVOF 铁基非晶涂层都是部分非晶结构，但其晶化峰明显弱于粉末。虽然HVAF和HVOF铁基非晶涂层宏观上表现出相同的孔隙率，但其微观成分和结构明显不同：HVAF涂层的氧含量明显低于HVOF涂层的氧含量；HVOF 涂层中颗粒边缘存在很多黑色的轮廓线，而 HVAF 涂层中这种黑色轮廓线则很少，EDS 结果表明黑色轮廓线的主要成分是铁的氧化物。此外，HVAF 涂层的硬度明显高于 HVOF 涂层。
极化曲线和交流阻抗测试表明，在模拟海水中，HVAF 涂层的耐腐蚀性优于HVOF 涂层，主要原因在于 HVAF 涂层的氧含量低于 HVOF 涂层，这些氧化物（主要是铁的氧化物）主要位于颗粒边缘，一方面会阻碍钝化膜的形成；另一方面，容易成为微电偶和微缝隙腐蚀的腐蚀点，进而形成扩散通道导致 Cl-的渗入和内部腐蚀。极化曲线测试表明，HVAF 铁基非晶涂层在模拟地下水中具有优异的耐腐蚀性能，可以作为核废料储存罐的保护涂层。
干滑动摩擦磨损试验表明，HVAF 涂层的摩擦系数明显高于 HVOF 涂层，原因在于前者硬度明显高于后者，抵抗裂纹扩展的能力较低，容易发生剥落而产生疲劳磨损，而后者氧含量比前者高，从而降低了其摩擦系数。但两者的磨损量相当，远低于基体，可以起到良好的保护作用。因此，HVAF 涂层和 HVOF 涂层可以分别用作防滑涂层和减摩涂层。随着载荷增加，HVOF 涂层的摩擦系数和磨损量略有增大，但总体上都比较低。此外，HVOF 涂层对金属和陶瓷都具有良好的减摩性能。
拉伸试验表明，HVAF 铁基非晶涂层与基体的结合强度很高，断口形貌表明涂层与基体之间是机械结合。热震试验表明，HVAF 涂层在海水和空气中均具有的良好的抗热震性能，原因在于涂层与基体的热膨胀系数比较匹配。
HVAF 铁基非晶涂层作为一种性能优异、成本低廉的新型保护涂层，在诸多领域尤其是海洋防腐、地下核储存等方面具有广阔的应用前景。
关键词：HVAF HVOF 铁基非晶涂层 极化曲线 交流阻抗 摩擦磨损性能结合强度 抗热震性能
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