超音速火焰噴涂制備鐵基非晶涂層的納米壓痕蠕變行為

熱噴涂技術可用于表面保護和增強，并已廣泛應用于各個行業，由于其具有快速冷卻的特點，熱噴涂技術可以滿足形成非晶合金的基本條件。與晶態合金材料相比，非晶合金具有優異的物理、化學和力學性能，具有高強度、高硬度、優異的耐磨性和耐腐蝕性能，使非晶合金具有廣闊的應用前景。

然而，塊體非晶合金的一個關鍵問題是室溫塑性差，表現出脆性斷裂，從而不能作為結構材料應用，為了克服這個問題可以將其制成粉末噴涂到齒輪、滾軸、鉆井頭等表面形成涂層。對非晶合金涂層的納米壓痕研究已經進行了幾十年，研究表明，大多數納米壓痕用于評估Ti-B基、Ni基、Fe基等非晶合金涂層的硬度和彈性模量等機械性能。然而，關于非晶合金涂層蠕變機理的研究還不多見。

  “Indentation Creep Behavior of Fe-based Amorphous Coatings Fabricated by High Velocity Oxy-fuel”一文以超音速火焰噴涂技術(HVOF)制備的Fe基非晶涂層的納米壓痕蠕變試驗為重點，系統地分析了Fe基非晶合金涂層的蠕變機理，以及不同保載時間和峰值載荷下的應力指數n，并用自由體積模型和剪切帶模型對上述現象進行進一步的解釋。該文的通訊作者為蘭州理工大學材料科學與工程學院李春燕副教授，該文近期發表在Journal of Non-Crystalline Solids期刊上。

本試驗研究了非晶涂層在不同載荷(6mN和10mN)加載條件下不同保持時間的蠕變位移曲線，結果發現相比于保載時間涂層的蠕變變形對施加的峰值載荷更敏感；并且經驗公式[h=h0+a(t-t0)b+kt]與時間蠕變位移(t-h)擬合良好，相關系數R2大于0.99；蠕變應力指數n可以通過蠕變應變率和表征應力之間的雙對數關系得到，結果發現在同一保持時間下，大載荷10mN時的應力指數n小于6mN時的應力指數n，這是由于在高峰值載荷下產生的大量自由體積，在同一峰值下，應力指數值隨著保持時間的增加而增加；因為應力指數值越高，非晶合金涂層對蠕變變形的抵抗力越大，所以在峰值載荷為6mN時非晶涂層的抗蠕變能力強，這也意味著隨著保持時間的增加，自由體積累積的數量總是大于湮滅的數量。

本研究由國家自然科學基金(No:51661016,51861021,51571105,51661017,51661015)、溫州市公益性科技項目(G20170019)和甘肅省自然科學基金資助(No:145RJZA090)。

圖1：非晶涂層的不同保持時間下(從左到右為10s,20s和30s) 6mN(a)和10mN(b)的峰值載荷-蠕變距離曲線(平移處理后)

圖2：在6mN和10mN的峰值載荷下,10s(a),20s(b)和30s(c)的蠕變位移-時間曲線和擬合曲線

圖3：對數應變速率-對數應力曲線6mN(a)和10mN(b)