什么是铁基非晶合金涂层？
铁基非晶合金具有长程无序、 短程有序的原子结构，与传统晶体材料不同，这类合金由于缺乏晶界、位错等晶体缺陷，其屈服强度可达到3.8-5.5GPa量级，硬度值普遍超过HV1000。
受到非晶形成温度、 制备工艺和室温脆性的制约， 目前铁基非晶合金的临界尺寸最高仅在厘米级别， 严重限制了其作为工程材料的推广和应用。
近年来研究发现该材料体系存在显著的尺寸效应现象。当材料尺寸降至纳米尺度时，其弹性极限可提升至理论值的4-6%，相较于块体材料提升约一个数量级。
在材料表面制备铁基非晶涂层， 不仅可以解决其非晶形成能力和室温脆性的问题， 突破铁基非晶合金的推广和应用的“瓶颈” ， 而且可以充分发挥铁基非晶合金的磁性能、 力学性能、 耐磨性、 耐蚀性等优异特性， 改善材料的表面性能， 显著拓展了铁基非晶合金的应用范围， 因而备受关注。
1 铁基非晶涂层材料
经过长期技术探索，目前形成的铁基非晶涂层材料体系主要包含Fe-ETM-M、Fe-LTM-M及Fe-ETM-LTM-M三大类。其中，ETM（前过渡金属）主要选取III-V族元素如Y、Nb等；LTM（后过渡金属）多采用VI-VIII族元素如Cr、Mo、Ni等；类金属元素(M)则包含B、P、Si等。
近年来国内外研究的典型铁基非晶合金涂层材料体系见表 1。从中可以看到，近 3 年来的研究多集中在 Fe-LTM-M 和 Fe-ETM-LTM-M 体系，这是因为 Fe-LTM-M 和 Fe-ETM-LTM-M 体系的非晶形成能力强， 且合金元素种类较多， 便于根据需求添加不同的合金元素以获得所需性能。
表 1 典型铁基非晶合金涂层材料体系
2.热喷涂技术制备铁基非晶涂层
1.热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态， 并采用高压气流或焰流使其加速沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。喷涂过程中， 高温喷涂粒子快速飞行并撞击较冷基体表面， 发生扁平化并快速凝固， 其冷却速率可达 105~107 K/s。
2.微凹涂布技术是通过机械挤压将涂料均匀涂覆在基材表面，通常用于液态或膏状材料的精密涂布。
3.铁基非晶涂布设备
台罡铁基非晶涂布生产线
4.铁基非晶涂层的应用
铁基非晶涂层具有低成本、 超高的硬度、抗磨损和优异的耐蚀性能， 具有广泛的应用前景。
在常温海水中， SAM1651 的耐腐蚀性能要是C22镍基合金的4倍以上， 如图 6所示。涂覆这两种非晶涂层在核废料储存罐内壁能保持4000~10000 年的安全有效期。因此， 铁基非晶涂层十分适合喷涂在舰船的甲板 / 外壳， 以及核潜艇的关键零部件等地方， 可大大延长其使用寿命。除此之外， 在其他经常遭受恶劣的腐蚀与磨损的工件表面如碎煤滚筒、 造纸烘缸、 以及石油管道涂覆非晶涂层也将大大的提高其使用寿命。
5.铁基非晶涂层研究展望
铁基非晶涂层具有高强度、 高硬度、 高耐磨、耐腐蚀、 抗氧化及抗辐射等优异的性能， 受到国内外科学家们广泛的关注和极大的兴趣。同时其低廉的生产成本、 丰富的原材料资源等优势必然会促进铁基非晶涂层在工程领域更广泛的应用。
然而， 目前制备的铁基非晶合金仍然存在非晶含量不够高、 孔隙和氧化物等缺陷较多、 成分难以精准控制以及涂层中残余应力较大等问题， 尚需进行深入研究。
随着科技的进步， 实验手段的革新以及现代计算机技术、 软件和算法的快速发展， 特别是“材料基因组计划” 的实施以及高通量计算与实验手段的兴起， 铁基非晶涂层将继续散发强大的生命力， 并有望取得突破性进展。
