外载荷和腐蚀耦合作用下非晶涂层性能研究.pdf

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1、３９４化工机械２０１７年外载荷和腐蚀耦合作用下非晶涂层性能研究１１２１１王勇李柯远孙振旭张旭昀毕凤琴（１．东北石油大学机械科学与工程学院；２．中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院）摘要概述了磨损、拉伸等纯外载荷、外载荷和腐蚀耦合作用对非晶涂层性能的影响，为进一步开展非晶涂层在外力和腐蚀相互作用下的研究提供思路和参考。关键词非晶涂层外载荷腐蚀耦合作用中图分类号ＴＱ１３８．１文献标识码Ａ文章编号０２５４６０９４（２０１７）０４０３９４０３非晶合金是一种经过极高冷却速度获得的新于国家国防舰艇防护、核电核废料储存等领［７］［

2、８］型金属材料，其结构与液态金属相似。非晶合金域。我国研究学者在铁基非晶涂层制备、耐［９］［１０］［６］原子在空间排列上不呈对称性和周期性，即没有磨性、耐高温氧化性、耐冲蚀性及耐腐蚀［１１～１３］长程有序，在结构上无位错、晶界等缺陷，因此具性等方面也进行了广泛研究。非晶涂层在有优于相应晶体材料的物理、化学和力学性质。腐蚀、摩擦、磨损等严苛环境中展现出了优异的性１９６７年，ＤｕｗｅｚＰ和ＬｉｎＳＣＨ开发了第１个Ｆｅ能，为材料腐蚀防护研究提供了崭新的方向。［１］ＰＣ系非晶软磁合金。２００３年，ＰｏｎｎａｍｂａｌａｍＶ实际应用过程中发

3、现，载荷和腐蚀是非晶涂等研究开发出一种非铁磁性、高硬度的非晶层不可避免并导致失效的关键影响因素。一直以［２］钢。２００５年，ＳｈｅｎＪ等成功制备出了直径为来，研究学者们普遍关注的是非晶涂层在纯载荷［３］１６ｍｍ的无磁性非晶钢（ＦｅＣｏＣｒＭｏＣＢＹ）。由于或纯腐蚀条件下的性能特征，而忽略了在载荷和铁基非晶合金具有强度高、硬度高、耐腐蚀性强、腐蚀耦合环境中的服役行为。因此，随着新型玻璃形成能力优异、价格低廉及制备工艺简单等ＡＣＨＶＡＦ技术的发展，深入探讨外载荷和腐蚀作［４］特点，有望成为一种新型工程材料。用下非晶涂层的性能特征，是扩

4、展非晶涂层应用虽然铁基非晶合金性能优异，可以作为耐磨领域的关键。在此，笔者对外载荷、外载荷和腐蚀耐蚀材料，但其韧性、塑性较差，制约了其应用发耦合作用对非晶涂层性能特征的影响规律进行了［５］展。近年来，随着活性燃烧高速燃气喷涂（Ａｃ研究，为非晶涂层在载荷和腐蚀环境中的应用提ｔｉｖａｔｅｄＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＨｉｇｈＶｅｌｏｃｉｔｙＡｉｒＦｕｅｌ，ＡＣ供理论基础。ＨＶＡＦ）技术的发展，利用该技术可以获得高致密１外载荷对非晶涂层性能的影响度、低氧化物含量的高质量铁基非晶合金涂非晶涂层在工业应用过程中不可避免地会受［６］层，成为非晶涂层

5、走向工业化应用领域的突破到摩擦磨损、拉伸、冲击及疲劳等外部载荷作用。口之一。为此，国内外研究学者相继开展了对铁摩擦磨损是非晶涂层失效的一种主要形式，常见基非晶合金涂层的研究工作。ＦａｒｍｅｒＪ等研究开的摩擦磨损有磨粒磨损和疲劳磨损两种形式。赵发了ＳＡＭ２Ｘ５和ＳＡＭ１６５１两种新型铁基非晶合国强和张松对铁基非晶涂层进行了摩擦磨损实金，运用超音速火焰喷涂技术将它们制备成了具验，结果显示非晶涂层在摩擦磨损过程中摩擦表有优异耐磨耐蚀性能的非晶涂层，并已成功应用面会发生表面硬化，表面硬化会降低涂层耐磨性，基金项目：国家自然科学基金项目（５１

6、４０１０５１）。作者简介：王勇（１９７９），副教授，从事材料腐蚀与防护的研究。联系人：张旭昀（１９７３），教授，从事材料科学与计算的教学和科研工作，ｚｈｙｄｑｐｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。第４４卷第４期化工机械３９５［１４］进而破坏非晶涂层性能。由Ａｒｃｈａｒｄ定理可与不锈钢截然不同的失效行为。非晶合金在低温知，提高硬度会使材料磨损体积减小，进而提高涂范围内主要发生剪切塑性变形，容易沿单一剪切［１５］层的耐磨性。因此，非晶涂层的高硬度是使之带直接发生脆性断裂，在拉伸载荷和压缩载荷作具备优异耐磨性的先决条件。用下，剪切断裂面与外加载荷轴

7、的夹角不一致，不［２３］非晶涂层作为一种高强度亚稳态材料，在使服从“屈特加准则”。目前，对于非晶合金应力［２４］用过程中还会承受拉伸载荷，严重时会导致断裂。腐蚀机理的研究并不全面，相关作用机制仍然传统晶体材料的断裂准则不完全符合非晶材料的需要更加深入和全面的了解。断裂行为。目前，研究者们对非晶合金涂层的拉３结束语伸断裂研究表明，拉伸断裂主要有两个特征：拉伸近年来，研究学者们对铁基非晶涂层的制备剪切断裂和拉伸正断，两者均符合“椭圆准和性能进行了广泛的实验研究，并取得了较大的［１６］则”。另外，非晶合金模量和极限强度随着尺进展。但目前非

8、晶涂层在多因素耦合环境中的服［１７］寸的增加而增大，因此破坏仅来自局部颈缩，役行为还不明朗，在理论和实际应用中还存在一并且空位的微小长大对断裂行为没有太大影响。些基本科学问题，特别是对非晶在力学和腐蚀共实际上，在工业应用环境中，非晶涂