超音速火焰喷涂制备铁基非晶涂层的纳米压痕蠕变行为-非晶中国

热喷涂技术可用于表面保护和增强，并已广泛应用于各个行业，由于其具有快速冷却的特点，热喷涂技术可以满足形成非晶合金的基本条件。与晶态合金材料相比，非晶合金具有优异的物理、化学和力学性能，具有高强度、高硬度、优异的耐磨性和耐腐蚀性能，使非晶合金具有广阔的应用前景。

然而，块体非晶合金的一个关键问题是室温塑性差，表现出脆性断裂，从而不能作为结构材料应用，为了克服这个问题可以将其制成粉末喷涂到齿轮、滚轴、钻井头等表面形成涂层。对非晶合金涂层的纳米压痕研究已经进行了几十年，研究表明，大多数纳米压痕用于评估Ti-B基、Ni基、Fe基等非晶合金涂层的硬度和弹性模量等机械性能。然而，关于非晶合金涂层蠕变机理的研究还不多见。

“Indentation Creep Behavior of Fe-based Amorphous Coatings Fabricated by High Velocity Oxy-fuel”一文以超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备的Fe基非晶涂层的纳米压痕蠕变试验为重点，系统地分析了Fe基非晶合金涂层的蠕变机理，以及不同保载时间和峰值载荷下的应力指数n，并用自由体积模型和剪切带模型对上述现象进行进一步的解释。该文的通讯作者为兰州理工大学材料科学与工程学院李春燕副教授，该文近期发表在Journal of Non-Crystalline Solids期刊上。

本试验研究了非晶涂层在不同载荷(6mN和10mN)加载条件下不同保持时间的蠕变位移曲线，结果发现相比于保载时间涂层的蠕变变形对施加的峰值载荷更敏感；并且经验公式[h=h0+a(t-t0)b+kt]与时间蠕变位移(t-h)拟合良好，相关系数R2大于0.99；蠕变应力指数n可以通过蠕变应变率和表征应力之间的双对数关系得到，结果发现在同一保持时间下，大载荷10mN时的应力指数n小于6mN时的应力指数n，这是由于在高峰值载荷下产生的大量自由体积，在同一峰值下，应力指数值随着保持时间的增加而增加；因为应力指数值越高，非晶合金涂层对蠕变变形的抵抗力越大，所以在峰值载荷为6mN时非晶涂层的抗蠕变能力强，这也意味着随着保持时间的增加，自由体积累积的数量总是大于湮灭的数量。

本研究由国家自然科学基金(No:51661016,51861021,51571105,51661017,51661015)、温州市公益性科技项目(G20170019)和甘肃省自然科学基金资助(No:145RJZA090)。