一文带你了解非晶合金涂层

　　晶体和非晶体

　　•自然界中的固体物质可以分为晶体和非晶体两大类。

　　•晶体是指那些内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。

　　物质在熔解和凝固过程中，固态和液态并存时，温度保持不变。

　　•非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。

　　即物质在熔解和凝固过程中，其温度不断变化，没有明显的熔点和凝固点的固态物质。

　　它没有一定规则的外形，如玻璃、松香、石蜡等。

　　它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。

　　它没有固定的熔点。

　　所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。

　　晶体与非晶体的区别•非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的，即各向同性。

　　非晶体没有固定的熔点，在熔化过程中，随着温度的升高，它首先变软，然后逐渐由稠变稀，经历一个软化过程。

　　这些特征和晶体是不同的。

　　•晶体与非晶体的区别在于其内部质点排列是否具有周期性。

　　•因为晶体与非晶体在结构上的差异，导致它们在宏观形态及物理性质上有很大的区别。

　　•下面的图像展示了二氧化硅形成的石英晶体以及玻璃的晶格结构以及周期性。

　　一、非晶合金材料简介

　　非晶合金是指固态条件下原子的三维空间呈拓扑无序状排列，而且在一定的温度范围内保持相对稳定的状态，又称为金属玻璃。

　　特点：成分均一、结构均一（没有晶体缺陷）、优异的机械性能和化学性能

　　非晶合金材料的制备

　　传统制备方法制备仪器及工艺要求苛刻；仅限于粉末状、带状及有限形状的块体。

　　二、非晶合金涂层及制备

　　为了扩展非晶合金材料在工程领域的大面积的应用，大量研究表明，采用热喷涂技术制备的非晶合金涂层具有优异的物理、化学性能。

　　热喷涂技术：成本低、效率高、面积大、环境友好、涂层至密

　　非晶合金涂层：高强度、高硬度、优异的耐磨性能、优异的耐腐蚀性能、优异的耐空蚀性能

　　热喷涂技术种类

　　1、等离子喷涂（ps）

　　优点：效率高、涂层致密、结合强度高

　　缺点：喷涂材料只能是粉末、对粉末粒要求高

　　2、电弧喷涂（EAS）

　　优点：直接喷涂丝材，成本低、效率高、设备操作简单

　　缺点：孔隙率较高

　　3、超音速火焰喷涂（HVOF）

　　优点：图层综合性能较好：优异的耐磨、耐腐蚀，良好的磁学、热学性能

　　缺点：存在未熔颗粒

　　集中热喷涂技术制备非晶合金涂层的喷涂参数及涂层性能

　　常见的非晶合金涂层

　　三、非晶合金涂层的应用

　　1、钻具耐磨带，通过主流标准钻杆钻井进尺约7000米后，外观形貌及实测数据比较显示：铁基晶体结构耐磨带（气保护焊）剩余厚度不到1mm；铁基晶体结构耐磨带（等离子喷焊）剩余1mm左右，有明显掉块脱落；钛合金（晶体结构）耐磨带（气保护焊）基本磨平且严重氧化；铁基非晶体结构耐磨带（气保护焊）剩余厚度超过2mm。可见，非晶的耐磨性及耐腐蚀性都显示出优异的性能，在钻杆的制造应用中起到了很好的作用。

　　2、往复泵柱塞，在注水泵上， 传统晶体结构的金属材料柱塞使用寿命为20天到45天，而使用非晶结构合金材料的柱塞使用寿命在180天以上。

　　3、高压球阀修复、叶轮修复、发动机制造和再制造、CFB水冷壁防护等，由于非晶合金涂层的优良耐磨性能，在喷涂完非晶材料之后24个月，其表层依旧完好，层厚度未发生可分辨的变化，表面粗糙度没有明显改变，基本无厚度缺失。而喷涂晶体结构合金材料，使用12个月后涂层已结全部被磨耗。

　　4、在水电站转轮室抗气蚀、船舶防腐上也应用颇广。在水电站转轮室采用非晶涂层材料喷涂，运行一年后，看不到气蚀痕迹。而未采用非晶涂层处气蚀严重，材料性能已大部分失效。说明非晶涂层对抗气蚀非常有效，解决了长期困扰水电行业的气蚀难题。

　　四、非晶合金涂层发展趋势

　　发展状况

　　目前，国外热喷涂非晶合金涂层已经开始商业化推广，而国内基本仍处于对非晶合金涂层材料制备工艺及耐腐蚀、耐磨损性能的理论研究阶段，实际应用较少。

　　实际应用

　　热喷涂非晶合金涂层技术的开发应用，对我国金属结构件的腐蚀与防护、强化修复产业的升级改造，以及发展国家倡导的节能经济、循环经济以及环境保护方面，具有重要意义。

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