《高質量Fe基非晶塗層的製備工藝和耐輻照性能研究》是依託東南大學，由羅強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高質量Fe基非晶塗層的製備工藝和耐輻照性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：羅強
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
由於優異的軟磁性能、 高強度、優異的耐磨耐蝕性及低廉的成本， Fe 基非晶合金在航空航天、汽車、化工、能源、軍事和生活用品等領域作為結構或功能材料具有巨大的套用前景，然而其有限的玻璃形成能力和室溫脆性一直是制約 Fe 基非晶合金廣泛套用的瓶頸。因此，如何利用和發展先進的材料加工技術充分發掘其多種優異的物理化學性能，成了亟待解決的重要課題。為了促進 Fe 基非晶合金在輻照領域的套用，本項目擬運用合金化方法並基於非晶合金玻璃形成有關理論和經驗規則，設計具有優異中子吸收和抗輻照能力的 Fe 基非晶合金成分，採用超音速火焰噴塗方法製備高質量的非晶合金塗層，系統評價合金材料在中子吸收能力和耐輻照（原子氧、氬和He等離子）能力，並從微觀原子和電子結構深入分析其玻璃形成以及物理化學性能機理。本項目的研究將加深對非晶合金材料玻璃形成和物理冶金過程等核心科學問題的理解，並促進其在輻照環境中的套用。
結題摘要
Fe基非晶合金具有優異的軟磁性能、高強度、高耐磨性、優異的耐腐蝕性，具有廣闊的套用前景。作為一種新型高性能金屬工程材料，三維大尺寸Fe基非晶合金材料的製備及其套用技術，一直是非晶材料領域關注的重要課題之一。然而，由於Fe基非晶合金尺寸上的限制，幾乎沒有巨觀塑性變形，難以作為一種結構材料而獲得廣泛套用。若將非晶合金以塗層的形式塗覆於常規韌性金屬材料表面是有效解決上述缺點，在很多方面可以極大拓展其商業化套用。本項目設計了一系列新型的具有優異性能的Fe基非晶合金成分，系統研究了塗層製備工藝對塗層的質量和性能的影響，並對塗層的力學、耐腐蝕、磁性、耐輻照性能做了仔細研究。研究發現製備的塗層具有高的非晶度，高的硬度和良好的耐腐蝕性能。塗層的耐磨性比基體304不鏽鋼要好。塗層和基體的磨損機制都有犁作用，但是塗層中還發生了剝層磨損，這是由裂紋萌生和擴展導致的。剝層磨損更容易發生在孔洞區域，而導致耐磨性能降低。因此最佳化工藝參數噴塗出孔隙率更低的塗層是提高塗層耐磨性的一個重要方法。並發現塗層的微裂紋惡化了塗層的耐腐蝕性能。腐蝕溶液可以滲入塗層的微裂紋中，使基體被直接腐蝕。此外，與塗層接觸的基體的點蝕電位低於無塗層的基體的點蝕電位，主要原因是貫穿型微裂紋引起的縫隙腐蝕。結果有塗層的基體比無塗層的基體更容易被被腐蝕。採用磷酸鋁封孔劑對塗層進行封孔處理，磷酸鋁封孔劑可以滲入塗層的微裂紋中，深度大約為100 μm。在封孔處理後，塗層中的微裂紋會被填充封堵，阻止了腐蝕溶液的滲入。基體的腐蝕產生了大量腐蝕產物，對未封孔塗層的腐蝕過程有很大影響。製備的一種塗層還具有良好的耐輻照（Ar離子）性能，輻照前後均為非晶結構，同時輻照顯著提高了塗層硬度。此外，我們設計的某些Fe基非晶合金具有優異的軟磁性能，而且輻照會進一步提高其軟磁性能。我們的研究工作對於深入認識製備的工藝參數對塗層質量的影響規律、促進Fe基非晶合金塗層更廣泛應有等具有重要的意義。
