鋁基非晶合金材料不僅具有高的比強度,還具有良好的韌性、超塑性、耐磨性和耐蝕性等優(yōu)點,是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型結(jié)構(gòu)材料。鋁基非晶合金材料可以采用急冷法或機械合金化等方法來獲得,但這些方法所獲得的材料,通常是帶材、絲材或者粉末,將這些材料制備成可利用的塊狀材料,尚需要一些特殊的成型工藝。目前制備塊體鋁基非晶合金的方法有溫擠壓法、熱擠壓法、動能成型法、粉末軋制法、噴射成型法、超高壓固結(jié)成型法、電火花燒結(jié)法等。以上這些制備成型工藝均可獲得較為純凈的鋁基非晶態(tài)合金材料,且具有優(yōu)異的性能,但是這些方法存在過于繁瑣的缺點,不符合成形制備一體化思想,而且生產(chǎn)周期較長,成本較高。

與傳統(tǒng)制備方法相比,熱噴涂技術(shù)在制備非晶材料方面具有其獨特的優(yōu)勢,該技術(shù)不僅可快速升溫熔化材料,同時具有快速冷卻凝固材料的特征,有利于形成非晶相涂層;而且采用熱噴涂技術(shù),既可以發(fā)揮熱噴涂優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的優(yōu)勢,又可以獲得具有優(yōu)質(zhì)耐磨、防腐等性能的表面防護涂層。因此,采用熱噴涂技術(shù)制備鋁基非晶涂層是鋁基非晶合金材料制備的新拓展,具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

目前,采用熱噴涂技術(shù)制備非晶態(tài)合金的工藝主要有等離子噴涂、超音速火焰噴涂和高速電弧噴涂等制備工藝。等離子噴涂和超音速火焰噴涂采用的原材料為預(yù)制的非晶粉末,而高速電弧噴涂基于材料制備與成形一體化的思路,噴涂含有非晶涂層形成元素的粉芯絲材,在噴涂過程中可實現(xiàn)形成非晶涂層。雖然高速電弧噴涂技術(shù)在制備Fe基非晶納米晶復(fù)合涂層方面已經(jīng)有不少成功的報道,但采用該技術(shù)制備鋁基非晶涂層還是一個嶄新的研究領(lǐng)域。

最近,裝甲兵工程學(xué)院成功應(yīng)用高速電弧噴涂技術(shù)制備出了鋁基非晶納米晶復(fù)合涂層。該高速電弧噴涂系統(tǒng)主要是該實驗室自行研制的由機器人控制的高速噴槍和電源系統(tǒng)組成。在噴涂前對基體試樣進行噴砂處理。經(jīng)過優(yōu)化的最佳噴涂工藝參數(shù)為:噴涂電壓為34V,噴涂電流為120A,空氣壓力為0.7MPa,噴涂距離為200mm。對所獲得的涂層檢測結(jié)果表明,涂層與基體結(jié)合良好,涂層組織較為致密,孔隙少;涂層呈現(xiàn)出典型的層狀結(jié)構(gòu),且層與層之間結(jié)合非常致密;涂層由非晶相和晶化相共同組成的。Al基非晶涂層的顯微硬度值約為HV311,與傳統(tǒng)制備方法獲得的鋁基非晶合金材料的顯微硬度值相當(dāng)。據(jù)評估,此類材料很可能成為未來的防腐換代涂層材料。

裝甲兵工程學(xué)院的工作表明,在高速電弧噴涂過程中,熔化態(tài)液滴在基體表面扁平化過程中具有極高的冷卻速率,容易獲得非晶涂層或者非晶納米晶復(fù)合涂層,而且涂層的沉積率較高,成本低,在大面積制備鋁基非晶涂層方面將有重要的應(yīng)用前景。