辛蔚等：热喷涂制备非晶合金涂层性能的研究进展 317. 音速等离子喷涂的涂层致密性非常好，因此在研 上述研究表明非晶合金涂层具有优异的耐蚀 究中只考虑热处理温度对涂层耐蚀性的影响，而 性，并可以通过优化喷涂工艺设计提高涂层的耐 忽略孔隙率的影响，热处理温度升高，涂层中非晶 蚀性，作为防腐涂层具有巨大的工程应用前景，尤其 含量减少，晶体相析出且涂层出现元素偏析等现 在镁合金防腐领域已取得了一定的研究进展.Zhang 象，因此耐蚀性显著下降 等o利用高速电弧喷涂在AZ91镁合金基体上制备 20 了一种A1基非晶合金涂层，并对比涂层与基体的 18 耐蚀性.研究表明这种A1基非品涂层具有优于镁 Annealed at 450 C Annealed at550℃ 合金基体的耐蚀性，可以应用于镁合金防腐领域 14 ◆-Annealed at650℃ 而Gu0等利用超音速火焰喷涂在AZ9I镁合金 12 10 基体上制备了一种Fe基非晶合金涂层，以更低的 8 成本制备一种更稳定的保护涂层，如图13所示为 6 该非晶合金涂层的质量损失曲线和差示扫描量热 4 分析曲线，研究表明，随着浸泡时间的增加镁合金 100 200300400 500600 基体的质量不断降低而涂层的质量几乎不变，且 Time/min 该非晶合金涂层的结晶温度T=9I1K,说明该Fe 图12腐蚀条件下退火温度对质量损失的影响 基非晶合金涂层不仅具有较好的耐蚀性，而且在 Fig.12 Effect of annealing temperature on the mass loss 较高的温度下仍可保持非晶态，结构性能较稳定 110 0 (a) Coating (b) 100 来来金来金 90 -2 T=911K -3 ● 70 -4 Fe-based amorphous coating 60 In 3.5%NaCl AZ61 -5 10 102 103 600 800 1000 1200 Immersion time/h Temperature/K 图13涂层性能表征.(a)质量随浸泡时间的变化：(b)涂层的差示扫描量热分析曲线 Fig.13 Performance characterization of coating:(a)mass as a function of immersion time;(b)DSC curve of the outer Fe-based amorphous coatingl 综上所述，由于没有晶界等易发生腐蚀的晶 金涂层的质量从而提升涂层的性能已然成为非品 体缺陷，非晶合金涂层的耐蚀性优于传统的防腐 合金涂层耐磨性、耐蚀性等性能研究的关键一环 涂层.然而涂层的耐蚀性是由多个因素共同影响 目前，提升非晶合金涂层质量的方法主要有改善 的，例如涂层非晶含量、孔隙率等缺陷、厚度、元 工艺、优化工艺参数以及涂层后处理等方法 素分布等因素都可以影响涂层的耐蚀性，因此可 Kim等改善了等离子喷涂的工艺，分别用 以通过优化喷涂工艺设计或封孔等涂层后处理技 真空等离子喷涂(VPS)和大气等离子喷涂(APS) 术提高非晶合金涂层的耐蚀性.由于涂层具有较 2种技术制备了Fe46.8Mo30.6Cr16.6C4.3B1.7非晶合金 好的热稳定性，目前非晶合金涂层已经实现了工 涂层，并对比了2种涂层的微观组织结构，涂层质 程上的防腐应用，例如镁合金的防腐、水上装备的 量以及耐蚀性.研究表明，VPS制备的非晶合金涂 防腐四等 层孔隙率更低、非晶含量更高，而APS制备的涂 2.3涂层质量 层中出现了少量尺寸为3.5~4.5nm的纳米晶相. 非品合金涂层质量由非晶含量、涂层孔隙、裂 这是由于APS方法在制备涂层的过程中飞行粒子 纹、氧化物等缺陷决定，涂层质量直接影响了其微 暴露在空气中产生氧化相，氧化反应放热促进了 观组织结构，从而极大程度地影响了非晶合金涂 结晶的发生，而VPS制备涂层的过程发生在真空 层的耐磨性与耐蚀性.因此，如何通过提高非晶合 环境下，不存在氧化结品现象，因此非品含量高于音速等离子喷涂的涂层致密性非常好，因此在研 究中只考虑热处理温度对涂层耐蚀性的影响，而 忽略孔隙率的影响，热处理温度升高，涂层中非晶 含量减少，晶体相析出且涂层出现元素偏析等现 象，因此耐蚀性显著下降. 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 100 200 300 Time/min 400 500 600 Cumulative mass loss/mg Fe-based amorphous coating Annealed at 350 ℃ Annealed at 450 ℃ Annealed at 550 ℃ Annealed at 650 ℃ 图 12    腐蚀条件下退火温度对质量损失的影响[39] Fig.12    Effect of annealing temperature on the mass loss[39] 上述研究表明非晶合金涂层具有优异的耐蚀 性，并可以通过优化喷涂工艺设计提高涂层的耐 蚀性，作为防腐涂层具有巨大的工程应用前景，尤其 在镁合金防腐领域已取得了一定的研究进展. Zhang 等[40] 利用高速电弧喷涂在 AZ91 镁合金基体上制备 了一种 Al 基非晶合金涂层，并对比涂层与基体的 耐蚀性. 研究表明这种 Al 基非晶涂层具有优于镁 合金基体的耐蚀性，可以应用于镁合金防腐领域. 而 Guo 等[41] 利用超音速火焰喷涂在 AZ91 镁合金 基体上制备了一种 Fe 基非晶合金涂层，以更低的 成本制备一种更稳定的保护涂层，如图 13 所示为 该非晶合金涂层的质量损失曲线和差示扫描量热 分析曲线，研究表明，随着浸泡时间的增加镁合金 基体的质量不断降低而涂层的质量几乎不变，且 该非晶合金涂层的结晶温度 Tx=911 K，说明该 Fe 基非晶合金涂层不仅具有较好的耐蚀性，而且在 较高的温度下仍可保持非晶态，结构性能较稳定. 110 100 −1 0 −2 −3 −4 −5 −6 600 800 1000 1200 90 80 70 60 50 Mass/ % Exo heat flow/(mW·mg−1 ) In 3.5% NaCl (a) (b) AZ61 Tx=911 K Coating Fe-based amorphous coating 100 101 Immersion time/h Temperature/K 102 103 图 13    涂层性能表征. （a）质量随浸泡时间的变化；（b）涂层的差示扫描量热分析曲线[41] Fig.13    Performance characterization of coating: (a) mass as a function of immersion time; (b) DSC curve of the outer Fe-based amorphous coating[41] 综上所述，由于没有晶界等易发生腐蚀的晶 体缺陷，非晶合金涂层的耐蚀性优于传统的防腐 涂层. 然而涂层的耐蚀性是由多个因素共同影响 的，例如涂层非晶含量、孔隙率等缺陷、厚度、元 素分布等因素都可以影响涂层的耐蚀性，因此可 以通过优化喷涂工艺设计或封孔等涂层后处理技 术提高非晶合金涂层的耐蚀性. 由于涂层具有较 好的热稳定性，目前非晶合金涂层已经实现了工 程上的防腐应用，例如镁合金的防腐、水上装备的 防腐[42] 等. 2.3    涂层质量 非晶合金涂层质量由非晶含量、涂层孔隙、裂 纹、氧化物等缺陷决定，涂层质量直接影响了其微 观组织结构，从而极大程度地影响了非晶合金涂 层的耐磨性与耐蚀性. 因此，如何通过提高非晶合 金涂层的质量从而提升涂层的性能已然成为非晶 合金涂层耐磨性、耐蚀性等性能研究的关键一环. 目前，提升非晶合金涂层质量的方法主要有改善 工艺、优化工艺参数以及涂层后处理等方法. Kim 等[43] 改善了等离子喷涂的工艺，分别用 真空等离子喷涂（VPS）和大气等离子喷涂（APS） 2 种技术制备了 Fe46.8Mo30.6Cr16.6C4.3B1.7 非晶合金 涂层，并对比了 2 种涂层的微观组织结构，涂层质 量以及耐蚀性. 研究表明，VPS 制备的非晶合金涂 层孔隙率更低、非晶含量更高，而 APS 制备的涂 层中出现了少量尺寸为 3.5～4.5 nm 的纳米晶相， 这是由于 APS 方法在制备涂层的过程中飞行粒子 暴露在空气中产生氧化相，氧化反应放热促进了 结晶的发生，而 VPS 制备涂层的过程发生在真空 环境下，不存在氧化结晶现象，因此非晶含量高于 辛    蔚等： 热喷涂制备非晶合金涂层性能的研究进展 · 317 ·