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超音速火焰喷涂制备铁基非晶涂层的纳米压痕蠕变行为

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-15  浏览次数:4051

热喷涂技术可用于表面保护和增强,并已广泛应用于各个行业,由于其具有快速冷却的特点,热喷涂技术可以满足形成非晶合金的基本条件。与晶态合金材料相比,非晶合金具有优异的物理、化学和力学性能,具有高强度、高硬度、优异的耐磨性和耐腐蚀性能,使非晶合金具有广阔的应用前景。

 

然而,块体非晶合金的一个关键问题是室温塑性差,表现出脆性断裂,从而不能作为结构材料应用,为了克服这个问题可以将其制成粉末喷涂到齿轮、滚轴、钻井头等表面形成涂层。对非晶合金涂层的纳米压痕研究已经进行了几十年,研究表明,大多数纳米压痕用于评估Ti-B基、Ni基、Fe基等非晶合金涂层的硬度和弹性模量等机械性能。然而,关于非晶合金涂层蠕变机理的研究还不多见。


  “Indentation Creep Behavior of Fe-based Amorphous Coatings Fabricated by High Velocity Oxy-fuel”一文以超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备的Fe基非晶涂层的纳米压痕蠕变试验为重点,系统地分析了Fe基非晶合金涂层的蠕变机理,以及不同保载时间和峰值载荷下的应力指数n,并用自由体积模型和剪切带模型对上述现象进行进一步的解释。该文的通讯作者为兰州理工大学材料科学与工程学院李春燕副教授,该文近期发表在Journal of Non-Crystalline Solids期刊上。

 

本试验研究了非晶涂层在不同载荷(6mN和10mN)加载条件下不同保持时间的蠕变位移曲线,结果发现相比于保载时间涂层的蠕变变形对施加的峰值载荷更敏感;并且经验公式[h=h0+a(t-t0)b+kt]与时间蠕变位移(t-h)拟合良好,相关系数R2大于0.99;蠕变应力指数n可以通过蠕变应变率和表征应力之间的双对数关系得到,结果发现在同一保持时间下,大载荷10mN时的应力指数n小于6mN时的应力指数n,这是由于在高峰值载荷下产生的大量自由体积,在同一峰值下,应力指数值随着保持时间的增加而增加;因为应力指数值越高,非晶合金涂层对蠕变变形的抵抗力越大,所以在峰值载荷为6mN时非晶涂层的抗蠕变能力强,这也意味着随着保持时间的增加,自由体积累积的数量总是大于湮灭的数量。

 

本研究由国家自然科学基金(No:51661016,51861021,51571105,51661017,51661015)、温州市公益性科技项目(G20170019)和甘肃省自然科学基金资助(No:145RJZA090)。

 

图1:非晶涂层的不同保持时间下(从左到右为10s,20s和30s) 6mN(a)和10mN(b)的峰值载荷-蠕变距离曲线(平移处理后)

 

图2:在6mN和10mN的峰值载荷下,10s(a),20s(b)和30s(c)的蠕变位移-时间曲线和拟合曲线

 

图3:对数应变速率-对数应力曲线6mN(a)和10mN(b)


特别提示:本信息由相关企业自行提供,真实性未证实,仅供参考。请谨慎采用,风险自负。


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