近日，中科院寧波材料所科研人員在鐵基非晶成分設計及其涂層性能研究方面取得進展。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。他們研究發現，該合金體系在少量Cr（8 at.%）和Mo（3.5 at.%）添加時就能實現優異的耐腐蝕性能，不僅優于常用的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，且鈍化膜更穩定（Mater. Des., 95 （2016） 225-230）。通過簡單的工藝優化，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計的鐵基涂層原材料成本可降低50%以上。

    值得關注的鐵基非晶涂層

    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。目前投入應用的還有以下幾種金屬基非晶涂層及其特點：

    Ni基優異的耐腐蝕性能，制備成本較高，主要用于功能涂層。

    Ti基在強腐蝕介質中具有優異的耐腐蝕性能。

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

    Al基密度低，極強的耐腐蝕性能，結構較致密、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點：

    性能好

    具有卓越的防腐、耐磨、抗高溫、摩擦系數小和再加工能力強等特點。

    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。

    應用領域廣

    鐵基非晶涂層可應對腐蝕和磨損并存的惡劣工況環境，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、機械等行業。

    鐵基非晶涂層主要應用范圍

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

    電力部門

    鐵基非晶涂層使用得到越來越多電力企業和煤礦企業的認可。據了解，采用鐵基非晶涂層技術的華電集團的烏達電廠、華能集團東海拉爾電廠、神華集團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行比較，認為鐵基非晶涂層保護作用效果十分明顯，對比取得的經濟效益成效顯著。

    有資料表明，國內100MW以上CFB鍋爐有350臺左右，裝機容量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，每年所節省的運維費用高達7.28億，減少停機時間而增加發電量給工業、農業帶來的間接經濟效益可達上百億。

    煤礦企業

    煤礦許多裝備也是鐵基非晶涂層發揮作用的地方。

    我們就拿目前使用較多的耐磨帶分析：通過主流標準鉆桿鉆井進尺約7000米后，外觀形貌及實測數據比較顯示：鐵基晶體結構耐磨帶（氣保護焊）剩余厚度不到1mm；鐵基晶體結構耐磨帶（等離子噴焊）剩余1mm左右，有明顯掉塊脫落；鈦合金（晶體結構）耐磨帶（氣保護焊）基本磨平且嚴重氧化；鐵基非晶涂層結構耐磨帶（氣保護焊）剩余厚度超過2mm。

    軍工領域

    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證鐵基非晶涂層效果，他們把鐵基非晶態合金（Fe72Cr8P13C7）在1N 的HCl中浸漬168 h（30℃），結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，鐵基非晶態合金已逐步成為化工、海洋等一些易腐蝕環境中裝（設）備防腐的首選材料。

    國防科研人員發現：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，另外在屈服強度、強度重量比、彈性應變極限以及硬度四個方面，鐵基非晶合金涂層均具有相當大的優勢。

    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額小，能耗低，所以在核電領域得到廣泛應用。

    鐵基非晶涂層研究進展

    在國外，美國先進材料公司在鐵基非晶涂層研究、產業化等工作較早，技術處于領先。比較有名氣的還有，美國Liquidmetal Coatings LLC公司生產的鐵基非晶涂層材料，非晶形成能力強，表現出卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強度高、可后續加工（車、銷、磨、拋等）。國內，北京中機聯供也開始進入非晶涂層材料的研發和試生產。合資公司科盾公司擁有Liquidmetal Coatings LLC（美國）的核心材料，在國內非晶涂層應用領域的領先優勢明顯。

    科研單位，中科院金屬所、北京科技大學、華中科技大學、同濟大學、中科院寧波材料所、北京理工大學等相關工作得到行業關注。

    在材料耐磨耐腐蝕的要求下，價格實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、工藝和產業化推廣還有很長的路要走，但相信通過大家的共同努力，鐵基非晶涂層應用將逐漸被大家認識，必將會對資源節約型，環境友好型的兩型社會建設作出應有的貢獻。