近日，中科院寧波材料所科研人員在鐵基非晶成分設(shè)計及其涂層性能研究方面取得進(jìn)展。消息稱，他們通過利用Ni和P取代SAM合金中昂貴的稀土、W和Mo，以及調(diào)控Cr和Mo的比例，獲得一系列非晶形成能力大于2 mm的新型鐵基塊體非晶合金。他們研究發(fā)現(xiàn)，該合金體系在少量Cr（8 at.%）和Mo（3.5 at.%）添加時就能實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的耐腐蝕性能，不僅優(yōu)于常用的316L和S32750不銹鋼，還與高Cr（15 at.%）和Mo（14 at.%）含量的非晶鋼（SAM1651）相當(dāng)，且鈍化膜更穩(wěn)定（Mater. Des., 95 （2016） 225-230）。通過簡單的工藝優(yōu)化，便能獲得厚度為300微米以上的低氧含量、低孔隙率、高非晶含量的鐵基非晶涂層。

    消息稱，寧波材料所科研人員新設(shè)計的鐵基涂層原材料成本可降低50%以上。

    值得關(guān)注的鐵基非晶涂層

    鐵基非晶涂層就是，材料表面熔化后，以超急冷方式冷卻，在材料表面形成的鐵基非晶層。主要采用等離子噴涂、超音速火焰噴涂（HVOF HVAF）和超音速電弧噴涂三種熱噴涂工藝。目前投入應(yīng)用的還有以下幾種金屬基非晶涂層及其特點(diǎn)：

    Ni基優(yōu)異的耐腐蝕性能，制備成本較高，主要用于功能涂層。

    Ti基在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。

    Zr基良好的力學(xué)性能，高密度、強(qiáng)耐腐蝕性，但是硬度較低，不太適合做耐磨涂層。

    Al基密度低，極強(qiáng)的耐腐蝕性能，結(jié)構(gòu)較致密、顯微硬度高。

    和上述幾種非晶涂層相比鐵基非晶涂層具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    性能好

    具有卓越的防腐、耐磨、抗高溫、摩擦系數(shù)小和再加工能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

    成本低

    鐵基非晶涂層以鐵為主的多元金屬為原料，成本相對其他基非晶要低的多。

    應(yīng)用領(lǐng)域廣

    鐵基非晶涂層可應(yīng)對腐蝕和磨損并存的惡劣工況環(huán)境，可用于航空航天、石油天然氣、化工、電力（煤電、水電、核電）、煤炭、船舶、汽車、造紙、紡織、冶金、鋼鐵、機(jī)械等行業(yè)。

    鐵基非晶涂層主要應(yīng)用范圍

    在國家重大能源戰(zhàn)略背景下，鐵基非晶涂層將會越來越多出現(xiàn)在電力、煤礦、軍工、核電等領(lǐng)域，為我國金屬表面防護(hù)起到重要作用。

    電力部門

    鐵基非晶涂層使用得到越來越多電力企業(yè)和煤礦企業(yè)的認(rèn)可。據(jù)了解，采用鐵基非晶涂層技術(shù)的華電集團(tuán)的烏達(dá)電廠、華能集團(tuán)東海拉爾電廠、神華集團(tuán)神東電力公司神木店塔電廠、京能熱電股份有限公司的京玉電廠、京能熱電股份有限公司的京海電廠、京能熱電股份有限公司的京泰電廠等公司，均對鐵基非晶涂層和其他涂層進(jìn)行比較，認(rèn)為鐵基非晶涂層保護(hù)作用效果十分明顯，對比取得的經(jīng)濟(jì)效益成效顯著。

    有資料表明，國內(nèi)100MW以上CFB鍋爐有350臺左右，裝機(jī)容量6300萬千瓦，100MW以下的CFB鍋爐有3000臺左右。如果100MW以上的CFB鍋爐水冷壁管全部使用非晶涂層做防護(hù)，每年所節(jié)省的運(yùn)維費(fèi)用高達(dá)7.28億，減少停機(jī)時間而增加發(fā)電量給工業(yè)、農(nóng)業(yè)帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)上百億。

    煤礦企業(yè)

    煤礦許多裝備也是鐵基非晶涂層發(fā)揮作用的地方。

    我們就拿目前使用較多的耐磨帶分析：通過主流標(biāo)準(zhǔn)鉆桿鉆井進(jìn)尺約7000米后，外觀形貌及實(shí)測數(shù)據(jù)比較顯示：鐵基晶體結(jié)構(gòu)耐磨帶（氣保護(hù)焊）剩余厚度不到1mm；鐵基晶體結(jié)構(gòu)耐磨帶（等離子噴焊）剩余1mm左右，有明顯掉塊脫落；鈦合金（晶體結(jié)構(gòu)）耐磨帶（氣保護(hù)焊）基本磨平且嚴(yán)重氧化；鐵基非晶涂層結(jié)構(gòu)耐磨帶（氣保護(hù)焊）剩余厚度超過2mm。

    軍工領(lǐng)域

    鐵基非晶涂層在美國早就有使用報道。從美國各類艦艇的甲板使用反饋來看防腐耐磨效果得到肯定。軍方科研人員為了驗(yàn)證鐵基非晶涂層效果，他們把鐵基非晶態(tài)合金（Fe72Cr8P13C7）在1N 的HCl中浸漬168 h（30℃），結(jié)果幾乎沒有重量上的變化；而在同樣條件下，18Cr8Ni 的不銹鋼卻以10 mm/ a 的速率被鹽酸腐蝕掉。

    目前，鐵基非晶態(tài)合金已逐步成為化工、海洋等一些易腐蝕環(huán)境中裝（設(shè)）備防腐的首選材料。

    國防科研人員發(fā)現(xiàn)：在軍事裝備中，在與鋁合金、銅合金、鈦合金、不銹鋼四種常見合金的性能比較中，除了耐磨防腐以外，另外在屈服強(qiáng)度、強(qiáng)度重量比、彈性應(yīng)變極限以及硬度四個方面，鐵基非晶合金涂層均具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。

    核電工程

    鐵基非晶合金涂層往往含有大量非金屬元素B，并具有較好的玻璃形成能力。其中硼元素具有優(yōu)異的中子屏蔽效果，其熱中子吸收截面為3875b，且吸收中子后的二次射線產(chǎn)額小，能耗低，所以在核電領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

    鐵基非晶涂層研究進(jìn)展

    在國外，美國先進(jìn)材料公司在鐵基非晶涂層研究、產(chǎn)業(yè)化等工作較早，技術(shù)處于領(lǐng)先。比較有名氣的還有，美國Liquidmetal Coatings LLC公司生產(chǎn)的鐵基非晶涂層材料，非晶形成能力強(qiáng)，表現(xiàn)出卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強(qiáng)度高、可后續(xù)加工（車、銷、磨、拋等）。國內(nèi)，北京中機(jī)聯(lián)供也開始進(jìn)入非晶涂層材料的研發(fā)和試生產(chǎn)。合資公司科盾公司擁有Liquidmetal Coatings LLC（美國）的核心材料，在國內(nèi)非晶涂層應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢明顯。

    科研單位，中科院金屬所、北京科技大學(xué)、華中科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中科院寧波材料所、北京理工大學(xué)等相關(guān)工作得到行業(yè)關(guān)注。

    在材料耐磨耐腐蝕的要求下，價格實(shí)惠的鐵基非晶涂層是一個不二的選擇。目前，我國的鐵基非晶涂層的制造技術(shù)、工藝和產(chǎn)業(yè)化推廣還有很長的路要走，但相信通過大家的共同努力，鐵基非晶涂層應(yīng)用將逐漸被大家認(rèn)識，必將會對資源節(jié)約型，環(huán)境友好型的兩型社會建設(shè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。