鐵基非晶合金因其高強度,高硬度以及優(yōu)異的耐蝕耐磨性能而受到廣泛關(guān)注,并且在表面防護涂層領(lǐng)域展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景.但近年來一些研究表明,鐵基非晶合金及涂層材料在服役環(huán)境下(重載,沖擊或腐蝕磨損等)的性能仍不盡人意.開展新型高耐蝕耐磨的非晶合金體系的設(shè)計與性能研究是解決上述問題的途徑之一.因此,本論文主要通過在典型鐵基非晶合金體系中進行成分優(yōu)化,通過調(diào)控Cr與Mo含量,建立成分-性能關(guān)聯(lián)性,達到同時優(yōu)化非晶合金的耐腐蝕與耐磨損性能的目的,并深入研究其腐蝕磨損機理.本論文選取Fe_(48)Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2鐵基非晶合金為基礎(chǔ)體系,采用電弧熔煉/銅模吸鑄的方法,制備出系列Fe_(77-x-y)Cr_xMo_yC_(15)B_6Y_2(x=15-23;y=14-18)鐵基非晶合金樣品.利用X射線衍射儀(XRD),差熱分析系統(tǒng)(DTA),掃描電子顯微鏡(SEM),激光共聚焦顯微鏡(LSCM),透射電子顯微鏡(TEM),力學試驗機,顯微維氏硬度計,超聲回波材料表征系統(tǒng),摩擦磨損試驗機,電化學工作站,X射線光電子能譜儀(XPS)等實驗手段系統(tǒng)研究了塊體鐵基非晶合金的力學性能,摩擦性能,腐蝕性能.研究表明,隨Cr和Mo含量的增加,FeCrMoCBY非晶合金的熱穩(wěn)定性和顯微硬度呈線性增加,但斷裂韌性沒有顯著降低.進一步發(fā)現(xiàn)非晶合金的硬度與彈性模量呈線性正比關(guān)系,而斷裂韌性隨著剪切模量/體模量(G/B)之比的增加略微下降.干態(tài)環(huán)境下的摩擦磨損性能測試結(jié)果表明,隨Cr含量的增加,耐磨性變化較大;而隨Mo含量的增加,耐磨性總體上有提高的趨勢.發(fā)現(xiàn)鐵基非晶合金的摩擦機制主要有兩種,一種是硬度控制的磨粒磨損,一種是斷裂韌性控制的亞表層裂紋萌生及分層剝離.發(fā)現(xiàn)鐵基非晶合金的耐磨性與Kc~(3/4)Hv~(1/2)之間呈現(xiàn)近似線性的正比關(guān)系.優(yōu)化出的非晶合金成分為Fe_(36)Cr_(23)Mo_(18)C_(15)B_6Y_2,其具有非常優(yōu)異的綜合性能,包括了高非晶形成能力(8 mm),高熱穩(wěn)定性(T_g=900 K),高硬度(Hv_(300g)=1335),其耐磨性超過當前最耐磨的鐵基非晶合金體系.此外,本論文還系統(tǒng)研究了上述非晶合金的腐蝕性能.王水浸泡實驗結(jié)果表明Fe_(36)Cr_(23)Mo_(18)C_(15)B_6Y_2非晶合金的腐蝕速率低于/a;電化學極化測試結(jié)果表明Fe_(36)Cr_(23)Mo_(18)C_(15)B_6Y_2非晶合金比Fe_(48)Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2非晶合金具有更快的鈍化膜形成速率和更長的點蝕孕育期,表明前者具有更優(yōu)異的耐蝕性能.XPS研究結(jié)果表明,Fe_(36)Cr_(23)Mo_(18)C_(15)B_6Y_2非晶合金的鈍化膜成分主要是低價態(tài)的Cr~(3+),Fe~(2+),Mo~(4+);此外,通過FIB/TEM直接觀察了Fe_(36)Cr_(23)Mo_(18)C_(15)B_6Y_2非晶合金表面的鈍化膜,發(fā)現(xiàn)鈍化膜具有雙層結(jié)構(gòu),內(nèi)層是富Cr的氧化物,外層是Fe的氧化物或氫氧化物.分析認為,鈍化膜的雙層結(jié)構(gòu)與鈍化膜中較多的Cr~(3+)和Mo~(4+)是新非晶合金體系具有更佳耐蝕性能的主要原因.
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關(guān)鍵詞：
鐵基非晶合金；成分設(shè)計；彈性常數(shù)；硬度；斷裂韌性；摩擦；腐蝕；鈍化膜
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