本報記者 趙萍
在新材料科學(xué)競技場上，非晶合金涂層猶如一顆耀眼的新星，近年來備受國內(nèi)外關(guān)注。其擁有傳統(tǒng)晶態(tài)合金難以企及的高強度、卓越的耐腐蝕性、優(yōu)異的耐磨性，與其他材料結(jié)合后更展現(xiàn)出獨特的抗菌性能，使其在航空航天關(guān)鍵部件防護、高端醫(yī)療器械表面處理、水電機組耐磨耐蝕等領(lǐng)域被寄予厚望。目前，國內(nèi)已開發(fā)出鐵基、鋁基、銅基、鎳基、鈦基和鋯基等系列材料，其中鐵基非晶合金憑借低成本優(yōu)勢獲得快速發(fā)展。
9月20日，來自非晶合金涂層上下游產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)領(lǐng)域的專家齊聚遼寧沈陽，在第二屆非晶合金涂層技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會上圍繞非晶合金涂層的制備技術(shù)、性能調(diào)控、服役條件等內(nèi)容分享了各自最新研究進展，并就非晶合金涂層在多領(lǐng)域的應(yīng)用前景進行展望。
為水電裝備抗蝕提供“硬核鎧甲”
水電裝備需在復(fù)雜水域環(huán)境中作業(yè)，包括河流、湖泊等自然水體，需適應(yīng)不同水位、流速和流量變化，尤其是泥沙沖蝕影響非常大，常通過增加涂層來提高裝備使用壽命。然而，自然環(huán)境的復(fù)雜程度遠超預(yù)期。
與會專家介紹，水電機組尤其關(guān)注涂層材料的耐磨性，其中以水輪機耐泥沙磨蝕（磨損+空蝕）為典型代表。水輪機作為水電站的核心設(shè)備之一，內(nèi)部作業(yè)環(huán)境極其復(fù)雜。非晶合金涂層以“結(jié)構(gòu)致密化+動態(tài)自修復(fù)”的雙重特性，為解決該問題提供了方案。
目前，國內(nèi)科研團隊的試驗結(jié)果顯示，通過激光熔覆制備的非晶合金涂層取得較好耐磨蝕效果，但連接處受限于技術(shù)無法作業(yè)，正嘗試通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計來解決這一問題。
同時，會議介紹了鐵基非晶合金涂層在NaOH（氫氧化鈉）等強堿性溶液中的二次鈍化現(xiàn)象，即隨著濃度的增加，涂層耐腐蝕性能下降，隨即出現(xiàn)短暫的涂層鈍化膜自修復(fù)情況，但二次鈍化時間較短。國內(nèi)科研團隊經(jīng)過實驗證實，氯離子主要攻擊夾雜物區(qū)域，氫氧根離子則帶來更嚴(yán)重的表面腐蝕，由此得出涂層成分中金屬和非金屬元素的比例決定了堿性條件下涂層的耐腐蝕性能。
與會專家還分享了空蝕和腐蝕的交互作用，進一步明確了非晶合金涂層在耐腐蝕上的最佳應(yīng)用范圍，會議發(fā)出沒有“萬能涂層”的理性聲音。
風(fēng)電與氫能領(lǐng)域防腐耐磨的利器
會議介紹，近年來，隨著噴涂工藝特別是超音速電弧噴涂技術(shù)的發(fā)展，非晶合金涂層在風(fēng)電用緊固件、齒輪箱及氫能電解槽等關(guān)鍵部件上的應(yīng)用研究取得顯著進展，為解決行業(yè)痛點帶來了曙光。
與會專家介紹，非晶合金復(fù)合涂層在耐磨測試中表現(xiàn)驚艷，磨損率較單一非晶合金涂層或傳統(tǒng)陶瓷涂層顯著降低，有望解決風(fēng)電齒輪箱、軸承等重載部件的磨損“頑疾”。同時，非晶合金涂層因其本征的高耐蝕性、高導(dǎo)電性和可能的催化活性，可避免高壓氫致開裂風(fēng)險，成為替代貴金屬的理想候選材料。
在高溫防護領(lǐng)域引領(lǐng)涂層“革命”
高溫腐蝕防護一直是工業(yè)領(lǐng)域的痛點。傳統(tǒng)硅酸鹽基高溫涂料在600攝氏度以上環(huán)境中易因熱膨脹系數(shù)不匹配而剝落、脆化，且功能單一。國外高端產(chǎn)品長期壟斷市場，價格高昂。國內(nèi)科研團隊創(chuàng)新性地將非晶合金粉體引入基體材料，結(jié)合激光表面處理技術(shù)，開辟了高溫防護新路徑。
會議介紹，非晶合金粉末憑借無定形結(jié)構(gòu)無晶界遷移的特性，高溫下不易發(fā)生結(jié)構(gòu)崩解，可靠自身形態(tài)穩(wěn)定性抵御高溫。除實現(xiàn)涂料耐高溫外，其還能強化涂層與基材的結(jié)合力，可以在高溫環(huán)境中為基材提供抗沖刷主動防護，且具有抗高溫腐蝕的能力，還可額外賦予涂層高硬度、優(yōu)異耐磨性，提升涂層抗化學(xué)介質(zhì)(如酸性氣體)腐蝕的能力。
此外，非晶合金涂層在防污、防滑等領(lǐng)域顯示出巨大潛力。會議介紹，在優(yōu)化噴涂工藝獲得非晶復(fù)合涂層的同時，通過多通道噴涂技術(shù)實現(xiàn)復(fù)合涂層中成分比例的可調(diào)控；引入抗菌性氧化態(tài)石墨烯等，大幅提升涂層的防污性能；通過控制相比例，進一步優(yōu)化涂層的耐磨損、耐腐蝕及吸波性能。在防滑方面，國內(nèi)目前處于實驗研發(fā)階段，離真正大規(guī)模應(yīng)用還有一段距離，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/div>
非晶合金涂層將迎來“智造”飛躍
盡管非晶合金粉末各項性能優(yōu)勢顯著，但經(jīng)不同制備工藝制成的涂層，其優(yōu)勢均有所減弱。國內(nèi)科研團隊在該方面做了大量詳實有效的工作。
會議介紹了制備非晶涂層重要方法之一的熱噴涂技術(shù)，包括超音速火焰噴涂技術(shù)、等離子噴涂、電弧噴涂、爆炸噴涂等。國內(nèi)科研團隊發(fā)現(xiàn)，熱噴涂工藝參數(shù)之間互相耦合、彼此影響，表明涂層性能和工藝參數(shù)之間的關(guān)系非單一線性關(guān)系，其復(fù)雜程度可想而知。基于此，該團隊利用機器學(xué)習(xí)算法，用于新材料設(shè)計合成、性能預(yù)測等，從上萬組擴展參數(shù)中預(yù)測得到了最優(yōu)工藝參數(shù)。
此舉一改依賴“試錯法”的傳統(tǒng)研發(fā)路徑，大量節(jié)省時間、資源，有助于加快新型高性能非晶合金涂層的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，實現(xiàn)非晶合金涂層的“智造”飛躍。
與此同時，國內(nèi)科研團隊正嘗試建立非晶合金材料研發(fā)數(shù)據(jù)庫，以確保實驗過程的完整復(fù)現(xiàn)性和數(shù)據(jù)的絕對可追溯性，也為研發(fā)提速奠定了基礎(chǔ)保障。
我們期待，非晶合金涂層加速從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在高端制造、生命健康、新能源等領(lǐng)域綻放光彩，為提升重大裝備性能、保障人民健康生活提供強有力的“材料鎧甲”。
《中國冶金報》（2025年09月24日 03版三版）
來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)
編輯：宋玉錚
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