大塊非晶合金，通常被稱為大塊金屬玻璃（BMG）。大塊非晶金屬，通常被稱為大塊金屬玻璃（BMG），其中“大塊”被定義為毫米級，是指不結(jié)晶的固態(tài)金屬，其中原子在液態(tài)時保持隨機(jī)分布。BMG誕生于20世紀(jì)70年代，從那時起，材料研究就非常關(guān)注新型合金成分的產(chǎn)生和向更大尺寸的擴(kuò)展。由于金屬玻璃不存在像晶界或位錯那樣的“弱點(diǎn)”，因此它們比其同源晶體表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性和耐腐蝕性，更大的抗壓強(qiáng)度、硬度、回彈性和更軟的磁性。具有非晶/納米晶體結(jié)構(gòu)的鐵基涂層由于其高硬度和優(yōu)異的耐磨性和耐腐蝕性而成為工業(yè)應(yīng)用的重要候選者。

西班牙安賽樂米塔爾、BRTA、納瓦拉大學(xué)采用激光定向能量沉積鐵基非晶粉末，研究在碳鋼基體上制造無宏觀缺陷和高硬度值的非晶耐磨涂層的可行性。相關(guān)研究成果以Crack-free wear resistance coating on carbon steel obtained by directed energy deposition of Fe-base partial amorphous powders為題在Results in Materials上發(fā)表。

研究人員使用的圓柱形鋼基板與眾所周知的工具鋼如100Cr6（AISI 52100）或90MnCrV8（AISI O2）的化學(xué)成分相當(dāng)。在涂覆之前，將基材機(jī)加工至表面粗糙度Ra=0.8±0.2μm，并用乙醇徹底清潔，測得的基板硬度為300HV0.3（表1）?；瘜W(xué)成分為Fe–Ni–Cr–Mo–B–Si的粉末粒徑范圍為20–110μm。這種鐵基合金是為噴丸應(yīng)用開發(fā)的（Fe1-x-yCoxNiy）75Si8B14Mo3（at%）系統(tǒng)之一。這種材料具有很強(qiáng)的耐腐蝕性和高硬度（900 HV），是高耐磨和耐腐蝕涂層的有力競爭者。嵌入基板中的兩個電阻器使用控制器和熱電偶將基板預(yù)熱至700°C。為了最大限度地減少熱損失，基板的底部和側(cè)壁用厚的多孔氧化鋁層隔熱（圖1）。該項工作研究了四個主要工藝參數(shù)：激光功率、光斑尺寸、掃描速度和基板溫度（表2）。按照粉末冶金標(biāo)準(zhǔn)，對粉末進(jìn)行測量，以確保其適用于激光DMD加工。通過DSC測量研究了熱穩(wěn)定性和結(jié)晶行為，以了解可以發(fā)生結(jié)晶的組合物的臨界溫度范圍。通過將粉末樣品加熱至1450°C進(jìn)行測試?，以確定相變溫度。為進(jìn)一步研究選擇的四個最佳單軌是基于以下標(biāo)準(zhǔn)選擇的：無裂紋、孔隙率很少或沒有、硬度高、稀釋度小（<12 %), 最小軌道高度為0.3mm（圖2）。由于熔池的快速凝固，熱應(yīng)力可能會形成裂紋。使用多種策略來避免冷裂和熱裂：冶金方法，如調(diào)整基材或填充材料、調(diào)整熔池尺寸、疊加壓應(yīng)力、溫度控制調(diào)整以及使用不同能源預(yù)熱基材。然而，其中一些不能在工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)，因此實際應(yīng)用有限。因此，在這項工作中，只研究了三種策略：a）減小激光光斑直徑以調(diào)節(jié)溫度和熱梯度，b）預(yù)熱襯底，c）兩者的組合。研究人員以商品化的部分非晶態(tài)Fe基Fe–Ni–Cr–Mo–B–Si粉末（AMO beads AM-50B）為原料，采用激光DMD法在高碳鋼基體上制備硬質(zhì)涂層，以提高其耐磨性。本研究的結(jié)果如下：在定向能沉積（DED）工藝中，預(yù)熱基板是降低沉積材料冷卻速率，克服冷裂紋的有效方法。采用?4mm激光運(yùn)動制造并預(yù)熱至500°C的涂層無裂紋，硬度值約為500HV0.3。該結(jié)果未達(dá)到800HV購買的目標(biāo)，可能足以滿足要求較低的應(yīng)用，其中生產(chǎn)率是一個關(guān)鍵方面（圖3）。通過將激光光斑尺寸從原來的4mm減小到1mm，HAZ減小，從而最大限度地減少裂紋的發(fā)生。然而，裂紋并未完全消除。此外，較低的熱影響區(qū)將IHT對先前沉積軌道的影響降至最低。IHT促進(jìn)原子擴(kuò)散，從而有助于非晶相的晶化和/或晶相的再結(jié)晶。這反過來導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)軟化。通過在采用激光光斑減少和基板預(yù)熱的組合500°C，獲得硬度大于800 HV0.3的無裂紋鍍層（圖4）。不同工藝參數(shù)下獲得的熔覆層硬度差異可以解釋為凝固和熱路徑不同導(dǎo)致的顯微組織差異?；w相晶粒尺寸的細(xì)化以及硼化物和非晶相的含量是影響涂層硬度的主要因素。在單向載荷下對最硬的無裂紋涂層進(jìn)行磨損測量，并用316L鋼進(jìn)行評估。激光電火花加工的部分非晶態(tài)鐵基涂層具有優(yōu)異的耐磨性，其足跡面積比316L的足跡小2個數(shù)量級，平均為94.4%更多的材料保護(hù)（圖5）。這些結(jié)果證實了這些涂層在不同應(yīng)用中的潛力，并改善了其他基材的耐磨性能。

文章來源于增材研究，編輯時有改動。