1)非晶材料與非晶鍍層
非晶材料具有很好的強度、硬度與耐腐蝕性能,但其韌性較差,易發(fā)生脆性斷裂,因此在工程上很少也很難采用非晶材料來制造零件。目前比較成熟的表層非晶層的制備技術(shù)有非晶鍍層,非晶涂層和激光表面非晶化等。
非晶鍍層具有優(yōu)異的物理、化學、腐蝕、抗氧化等性能,常用的方法是化學鍍,如工業(yè)上常用的Ni-P化學鍍層,不僅玻璃態(tài)非晶結(jié)構(gòu)鍍層的厚度可以控制,而且強度、韌性和硬度匹配性很好,鍍層與基體的結(jié)合力很高,具有很好的鈍化能力。化學鍍非晶層的化學穩(wěn)定性主要取決于鍍層中磷的含量與孔隙率,磷化物的存在使非晶鍍層的腐蝕電位升高,非晶層內(nèi)的孔隙率低也是提高其耐蝕性的原因之一。
2)非晶涂層潤滑
非晶涂層主要用在零件的摩擦表面制成干膜的固體潤滑劑,涂層一般都較薄,因此幾乎可以用于所有的摩擦部位而無需改變部件的尺寸。與其他常規(guī)的油質(zhì)潤滑層相比,非晶涂層潤滑技術(shù),可以高低溫、高負荷、超高真空、強氧化還原和強腐蝕、強輻射等環(huán)境中確保摩擦部位得到有效潤滑,且具有一定的承載能力和無污染、無泄漏等優(yōu)點,在特殊使用條件下還可阻止或減少機械振動和噪聲,因此非晶涂層作為干膜潤滑劑在模具上具有很好的應用前景。
3)激光非晶化技術(shù)
激光非晶化也稱為激光上釉處理,是指采用高功率密度的激光束照射到金屬表面,使其表面薄層快速熔化,然后超急冷凝固(106℃/s),在金屬表面獲得非晶態(tài)層的方法。激光非晶化具有快速、低成本、容易控制等特點。激光功率密度107W/cm2~108W/cm2,冷卻速度107℃/s~1010℃/s,處理深度0.001mm~0.1mm。非晶態(tài)金屬(金屬玻璃)與對應的晶體金屬相比,具有優(yōu)異的各向同性的力學、物理(如電、磁等)和化學性能。
激光非晶化表面強化技術(shù),可使金屬表面獲得高的強度、韌性、硬度、耐磨性以及抗腐蝕和抗氧化性,適用于Fe基、Ni基、Co基、Al基合金等材料表面非晶化處理,顯著提高其耐腐蝕、抗氧化、耐磨損性能,同時具有優(yōu)良的電、磁特性及力學性能。
激光非晶化需要的功率密度和掃描速度遠高于激光熔凝處理,表面熔化層(熔體)的厚度(1um~10um)也遠小于熔凝處理時的熔化深度(以mm計算)。在這樣的加熱條件下激光非晶化時,表面薄層能在極短時間內(nèi)熔化并高度加熱,而相鄰基體幾乎是冷態(tài),即在熔體和相鄰基體之間有很大的溫度梯度。在此溫度梯度作用下,熔體超快速冷卻,過冷的液體以極大的冷卻速度冷卻到“冷凍”溫度(玻璃化溫度或稱晶化溫度,此溫度遠低于晶體的實際結(jié)晶溫度)以下,從而在表層形成非晶態(tài)。不同金屬材料形成非晶態(tài)要求達到的冷卻速度不一樣,例如鋼形成非晶態(tài)的臨界冷卻速度為108℃/s,而純鋁則大于1010℃/s。