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非晶态合金材料由于金属原子的排列是长程无序的，不存在结晶金属存在的晶界、缺陷、偏析和析出物等，表现出各向同性，使得非晶合金具有极高的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性等优点，已经在电子、机械、化工、航空航天等行业中得到了广泛的应用，并将随着理论研究的不断深入而得到更大的发展［１］。

铝基非晶合金材料不仅具有高的比强度，还具有良好的韧性、超塑性、耐磨性和耐蚀性等优点，是一种具有广阔应用前景的新型结构材料，已经得到了国内

外科研工作者的密切关注。

最初在１９６５年，Ｐｒｅｄｅｃ—ｋｉ、Ｇｉｅｓｓｅｎ等采用熔体急冷法得到了Ａｌ—Ｓｉ非晶合金，之后人们陆续得到了Ａｌ—Ｇｅ，Ａｌ—Ｍ（Ｍ—Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，

Ｐｄ），Ａ１－Ｆｅ—Ｂ，Ａｌ—Ｃｏ—Ｂ，Ａｌ—Ｆｅ＇Ｓｉ，Ａｌ—Ｆｅ—Ｇｅ和Ａ１一Ｍｎ—

ｓｉ等系列非晶合金体系，但是这些合金并不是完全非晶相，而是非晶相和晶化相共存，同时合金材料存在脆的问题【２］。

直到１９８７年，Ｉｎｏｕｅ等制备出了含铝量高达８０％（质量分数）的具有良好韧性的Ａｌ—Ｎｉ—Ｓｉ和Ａｌ—Ｎｉ—Ｇｅ非晶合金系。

随之，引发了科学家们对铝基非

万方数据

热喷涂Ｔ．Ｅ制奄锅纂菲最态仑金材辩研究进展

晶合金材料更搬深入的骈究嘲。

ｌ铝基非晶态合金制备方法分类

巍铝基ｊ＃晶态合金磷麓以来，辩研工佟者侮采用了众多方法制备了不同成分妁锻基嚣晶态会金，爨前制备方法主要为急冷法秘机械合金化法１５ｊ。

ｌ。

ｌ

惫冷法

近卡几年来发展的众多快速凝固法。

邈求辩是获

褥爨大豹冷却速率（大予１０３℃／ｓ），这是然遗使材料至少在一个方向上尺寸稷小，导致此法制备趱的材料均为薄片、粉寒或蠢薄带。

由此可将快速凝固技术分为三类：

①纂辊旋转淬冷法；

②雾化法；

③表匿熔化及强化法【３ｑ】。

１．１。

１单辊旋转淬冷法（ＭＳ法＞

该法是人们最晕用来制备金满玻璃的方法，几乎所有非晶合金研究中成分合金的藩晶１｝｛：

都憝放ＭＳ法开始的。

ＭＳ法通常是采用感巍烟热法致使石英管中的母合金熔化，然后将其喷射到具蠹一定转速酶水冷铜璇单辊上，以使其快速冷却凝固，褥瓢ｊ窭晶恣合金薄繁。

Ｉｎｏｕｅ等髓。

］采用ＭＳ法研究了前过渡金属元素Ｍ对不同成分的铝基舍金形成嚣晶髓力的影响，扶中发现，反，Ｈｆ最容易促成蒋晶合金的形成，其次依次为：

Ｔｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｔａ等，Ｗ则光法实现菲晶化。

王胜海Ｌ２。

］等采用ＭＳ法制餐也厚度达到１４０ｆｆｍ的Ａｌ—Ｎｉ—Ｌ扩Ｃｅ－ＰｐＮｄ超厚非晶条带。

就法不仅使裙蠢便，冷却速率犬，容耪获褥非燕，霹实瑗连续生产，两且霹以遂避控制荦辊的转速以获霉等不鄹厚度或组织的薄带Ｈｊ，但是仅限于镧备条带状菲鑫材料。

１．１．２气体雾化法Ｌ３喵３

该法主要是通过离速雾化气体冲击金属液漉使其分散为微小液滴，从鼹实现快速凝固。

通常气体雾化法冷却速窭可达１０２～１０４Ｋ／ｓ，采用超声速气流可明显改善粉末足寸分布，进一步提菇冷却速率。

此外，冷却介质是该工艺中制约非晶铝含金生产的～个重要因索。

嗽予氦气的传热速度快，采用氦气作为射流余凑，冷速跑用氯气大数倍，煎成本较高；

应耀氦气作魏冷帮分璇氇可蜜现合龛非蘸化。

为了遴一步提离冷却速率，采用多缓雾他方式制备非晶含金。

雾讫法生产效率高整合金粉末成球形，有利予衍续成瓣工艺消除鬏靛的原始边羿，遥朋予工监化生产。

健与ＭＳ法榴玩，其冷却速率较低，需严格控锑合金成分。

Ｉｎｏｕｅ教授ｐｏ等率先利雕雾化法裁备国非晶粉末，采熙疆铡成型技术，成功制裔出大块铝慕ｊ＃醛合金。

欧阳洪武稀陈砍［７’８３等采熙絮耦合气雾他技零翩备了铝基非晶会

８７

金粉寒，薅目前的紧藕合气雾纯技术还只髓获褥毒＃晶翻晶态混合的锅基合金粉末。

１。

ｌ。

３表磷熔化及强化法

该法掰剽掰镪合金材辩鼯热系数大的特点，在镪合金裘筒获得鼍＃晶层，以起到强纯作用，满足表藤高耐蘑、强耐缝的要求。

这种方法包括激光及电子束表巍熔化处理、激光及电子束袭面合金纯、曦子策表面涂覆、激光表瑟沉积等王艺。

这些工艺簿单可靠，成本低，是一种翼有开发蘸途的新簇域，翅这些王艺在锅舍金榜料上的波用还处予拐级阶段［３叫］。

２枫械合金化法

机械合金鬣：

技术（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｌｌｏｙｉｎｇ）怒２０世纪６０年代由茭阖ＩＮＣＯ公司懿Ｂｅｎｊａｍｉｎ发溪起来魏一种制备合金粉末豹瓶技术秘］。

该法是刨备传统非最态合金的有效方法，具有设备简单、易工业化、含金减分范隅相对较藏等优点，而且粉末易于成型。

荐在的缺点是割备锯基菲晶体合金的时闻较长，燕产效率较低‘３～引。

Ｚｈｏｕ［州和ＦａｄｅｅｖａＶ．Ｉ。

【¨

３球磨ＡＩ—Ｆｅ二元粉来均褥到嚣晶攘，ＺｏｕＥ嘲球磨Ａ１一Ｆｅ－Ｎｉ三元粉末毒孽到蘸晶相。

球磐Ａｌ—ＦｐＮｉ—Ｃｅ粉末２００ｈ萄获得完全菲鼷相。

冉广ｃ１朝等遂过橇械会金诧法制备出了ＡＦＰｂ—Ｓｉ—Ｓｎ—Ｃｕ纳米最粉来，继续球磨町使纳米晶转变为菲晶。

控制球銮时间襁料球比霹获得由ｊ孓晶相襁纳米晶共存的复合缀织。

３复食工艺

该法是网时结会快速凝圈稷机械合金纯这两静制粉工艺铡备会金粉末。

采用机械食金优技术处瑾快速凝弼技术锻备的粉末，霹以提高誊｜料的力学性能，网时可掇离耱料湿微缀织的稳定梭。

这种方法可缩短菲蘸材料的仓金化时间，提高非晶转变滠澄，提高材料非熙相的稳定性，扩大非磊镊含龛的成分箍阑，扶蕊进一步搓高其性能［３哪］。

２锯基非晶涂层的制备现状

２。

１热囔涂技术

采用急冷法和撬械和合金诧法获车肇的材料，通常是带材、丝豺或者粉末。

将这些搴孝料制备成诳利餍的块状鸯季料，尚霰要一些特殊豹成型ｔ艺。

目前制备块体铝基菲菇合金的方法有瀑挤压法、热捞艟法、动麓成型法、粉寒轧铡法、喷瓣成型法、超高压阉结成受法、邀火施烧结法等。

以上这些制备成型王艺均可获得较必纯净豹镪基冀晶态合金楗料，盥其具有优异的性麓。

缀是这嫠方法存在过予繁璞的缺点，不符合成形制餐一体纯思想，斯篮生产周期较疑，成本较高。

表ｌ努传

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Ｓｉｍｐｌｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ。

ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ，

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ｂｉｇｃｏｏｌｉｎｇｐｈｏｕｓ．

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统制备方法的比较。

与传统制备方法相比，热喷涂技术在制备非晶材料方面具有其独特的优势。

近些年来热喷涂技术在现代工程领域越来越受到重视。

该技术不仅可快速升温熔化材料，同时具有快速冷却凝同材料的特征，有利于形成非晶相涂层。

而且采用热喷涂技术，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。

因此，采用热喷涂技术制备铝基非晶涂层是铝基非晶合金材料制备的新拓展，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【１４＿１

６｜。

实验条件下为低碳钢的１５．２倍，为３Ｃｒｌ３涂层的１．９倍。

装甲兵工程学院再制造技术国防科技重点实验室［２４＿刎采用高速电弧喷涂技术制备的铁基非晶纳米晶复合涂层，最优涂层的非晶含量高达８０％以上，孔隙率与氧化物含量均小于１％，结合强度平均值高达５８ＭＰａ，耐磨损性能是３Ｃｒｌ３涂层的５～６倍，涂层具有优异的抗高温冲蚀性能。

以上均是采用电弧喷涂技术制备铁基非晶涂层而做的相关研究，且取得了一定的科研成绩。

然而目前采用电弧喷涂技术制备铝基非晶涂层的相关报道尚未出现，因此采用高速电弧喷涂技术制备铝基非晶涂层的研究尚需完善。

２．２高速电弧喷涂技术制备铝基非晶涂层

采用装甲兵工程学院再制造技术重点实验室的高速电弧喷涂系统，成功制备了铝基非晶纳米晶复合涂层。

该高速电弧喷涂系统主要是由机器人控制的该实验室自行研制的ＨＡＳ－０２型高速喷枪和ＣＭＤ

ＡＳ

目前，采用热喷涂技术制备非晶态合金的工艺主要有等离子喷涂［１７Ｊ引、超音速火焰喷涂［１鲴和高速电弧喷涂等制备工艺。

等离子喷涂和超音速火焰喷涂采用的原材料为预制的非晶粉末，而高速电弧喷涂基于材料制备与成形一体化的思路，喷涂含有非晶涂层形成元素的粉芯丝材，在喷涂过程中可实现形成非晶涂

层［１５Ｊ６｜。

在高速电弧喷涂过程中，熔化态液滴在基体

３０００电源系统组成。

在喷涂前对基体试样进行

喷砂处理。

经过优化的最佳喷涂工艺参数为：

喷涂电压为３４Ｖ，喷涂电流为１２０Ａ，空气压力为０．７ＭＰａ，喷涂距离为２００ｍｍ。

实验后，采用Ｑｕａｎｔａ２００型环境扫描电镜对涂层截面的显微结构进行分析，用Ｄ８型Ｘ射线衍射仪对涂层的相结构进行分析，用Ｈ－８００型透射电子显微镜（ＴＥＭ）对涂层的微观组织进行分析。

图１为Ａｌ基非晶纳米晶复合涂层的界面形貌（ａ）和ＸＲＤ分析结果（ｂ）。

图２为Ａｌ基非晶纳米晶复合涂层ＴＥＭ分析结果，（ａ）为涂层中非晶相的电子衍射图，（ｂ）为非晶相与晶化相共存的电子衍射图。

由图ｌ（ａ）可见，涂层与基体结合良好，涂层组织较为致密，孔隙少；

涂层呈现出典型的层状结构，且层

表面扁平化过程中具有极高的冷却速率，容易获得非晶涂层或者非晶纳米晶复合涂层，而且涂层的沉积率较高，成本低，非常适宜于大面积制备非晶涂层。

众所周知，高速电弧喷涂技术在材料制备与成形一体化方面同样发挥着重要的作用。

郭金华［２０＿２２１等采用高速电弧喷涂技术制备了Ｆｅ基的非晶纳米晶复合涂层，非晶含量较高，在质量分数为５％的ＮａＣｌ水溶液中的极化曲线和交流电化学阻抗谱分析表明，非晶涂层具有较好的耐蚀性。

北京工业大学的贺定勇［２３Ｊ课题组采用电弧喷涂技术制备了Ｆｅ基非晶纳米晶复合涂层，其中涂层非晶含量为５５．３％，孔隙率约为２．３３％，涂层具有很高的硬度和耐磨性，其相对耐磨性在同等

热喷涂－［艺制备铝基非晶态合金材料研究进展

８９

２０／（。

图１

Ｆｉｇ．Ｉ

ＡＩ基非晶纳米晶复合涂层的截面形貌（ａ）和ＸＲＤ分析（ｂ）

ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ（ａ）ａｎｄＸＲＤｐａｎｅｒｎ（ｂ）ｏｆｔｈｅＡＩ—ｂａｓｅｄａｍｏｒｐｈｏｕｓ／ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ

图２

Ｆｉｇ．２

Ａｌ基非晶跞层的ＴＥＭ分折（ａ、非品相；

岫Ｊ１Ｆ品１ｌ品化相

ＴＥＭｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＡｂｂａｓｅｄａｍｏｒｐｈｏｕｓｃｏａｔｉｎｇ（ａ）ａｍｏｒｐｈｏｕｓｐｈａｓｅ；

（ｂ）ａｍｏｒｐｈｏｕｓａｎｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｈａｓｅｓ

与层之间结合非常致密。

图ｌ（ｂ）所示为涂层的ｘＲＤ分析。

由图１（ｂ）可知涂层中在２口为４４。

附近存在宽化的漫散射峰，同时涂层中存在ｆｃｃ—Ａ１等晶化相，说明涂层是由非晶相和晶化相共同组成的。

图２（ａ）为Ａｌ基非晶涂层中非晶相的ＴＥＭ分析结果，图２（ｂ）为Ａ１基非晶涂层中非晶相与晶化相共存的ＴＥＭ分析结果。

从图２中可以发现，涂层中非晶相与晶化相共

存。

采用ＦＭ７００型显微硬度计测量涂层截面的显微

术成功制备出铝基非晶纳米晶复合涂层，此类材料很可能成为未来的防腐换代涂层材料。

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至于该涂层的其他性能，该重点实验室正在展开研究与分析当中。

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１１

１８

３结束语

铝基非晶态合金作为一种新型结构材料，正在受到越来越多的科研工作者的关注。

热喷涂技术制备非晶态合金材料具有材料制备与成形一体化的优势，不仅可以依靠其冷却速率高的优点获得非晶相，而且可明显缩减生产周期，操作简单方便，易于生产，适合于大面积操作，成本较低，因此，此项技术将是非晶态材料制备与成型的重要发展方向。

在装甲兵工程学院再制造技术国防科技重点实验室，采用高速电弧喷涂技

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收稿日期：

２０１０－１１－１０；

修订日期：

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作者简介：

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郭金花．陆曹卫，倪晓俊，等．电弧喷涂Ｆｅ基非晶硬质涂层的

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（上接）

和Ａｌ，由于元素多、成分复杂，该区中不排除生成了除Ｔｉ。

０相以外的二元相或多元相的可能。

钎缝基体白色区“２”中主要含有Ａｇ和Ｃｕ，且Ａｇ的含量达到９０．２８％（见表４中“２”），说明该区生成了Ｃｕ含量饱和的Ａｇ基固溶体。

在灰色组织“３”中出现了Ｃｕ和Ｔｉ的同时富集，说明ＴｉＡｌ母材扩散出的Ｔｉ与Ｃｕ发生反应生成Ｔｉ—Ｃｕ相，根据二者比例判断此Ｔｉ－Ｃｕ相应为ＴｉＣｕｚ相（见表４中“３”）。

结合生成以ＴｉＣｕ２为主的Ｔｉ—Ｃｕ化合物。

［１３张大海，黎义，高文，等．高温天线罩材料研究进展［Ｊ］．宇航材

料工艺，２００１，（６）：

１—３．