大塊非晶合金，通常被稱為大塊金屬玻璃（BMG）。大塊非晶金屬，通常被稱為大塊金屬玻璃（BMG），其中「大塊」被定義為毫米級，是指不結晶的固態金屬，其中原子在液態時保持隨機分佈。BMG誕生於20世紀70年代，從那時起，材料研究就非常關注新型合金成分的產生和向更大尺寸的擴展。由於金屬玻璃不存在像晶界或位錯那樣的「弱點」，因此它們比其同源晶體表現出優異的耐磨性和耐腐蝕性，更大的抗壓強度、硬度、回彈性和更軟的磁性。具有非晶/納米晶體結構的鐵基塗層由於其高硬度和優異的耐磨性和耐腐蝕性而成為工業應用的重要候選者。

西班牙安賽樂米塔爾、BRTA、納瓦拉大學採用激光定向能量沉積鐵基非晶粉末，研究在碳鋼基體上製造無宏觀缺陷和高硬度值的非晶耐磨塗層的可行性。相關研究成果以Crack-free wear resistance coating on carbon steel obtained by directed energy deposition of Fe-base partial amorphous powders為題在Results in Materials上發表。

研究人員使用的圓柱形鋼基板與眾所周知的工具鋼如100Cr6（AISI 52100）或90MnCrV8（AISI O2）的化學成分相當。在塗覆之前，將基材機加工至表面粗糙度Ra=0.8±0.2μm，並用乙醇徹底清潔，測得的基板硬度為300HV0.3（表1）。化學成分為Fe–Ni–Cr–Mo–B–Si的粉末粒徑範圍為20–110μm。這種鐵基合金是為噴丸應用開發的（Fe1-x-yCoxNiy）75Si8B14Mo3（at%）系統之一。這種材料具有很強的耐腐蝕性和高硬度（900 HV），是高耐磨和耐腐蝕塗層的有力競爭者。嵌入基板中的兩個電阻器使用控制器和熱電偶將基板預熱至700°C。為了最大限度地減少熱損失，基板的底部和側壁用厚的多孔氧化鋁層隔熱（圖1）。該項工作研究了四個主要工藝參數：激光功率、光斑尺寸、掃描速度和基板溫度（表2）。按照粉末冶金標準，對粉末進行測量，以確保其適用於激光DMD加工。通過DSC測量研究了熱穩定性和結晶行為，以了解可以發生結晶的組合物的臨界溫度範圍。通過將粉末樣品加熱至1450°C進行測試 ，以確定相變溫度。為進一步研究選擇的四個最佳單軌是基於以下標準選擇的：無裂紋、孔隙率很少或沒有、硬度高、稀釋度小（<12 %), 最小軌道高度為0.3mm（圖2）。由於熔池的快速凝固，熱應力可能會形成裂紋。使用多種策略來避免冷裂和熱裂：冶金方法，如調整基材或填充材料、調整熔池尺寸、疊加壓應力、溫度控制調整以及使用不同能源預熱基材。然而，其中一些不能在工業環境中實現，因此實際應用有限。因此，在這項工作中，只研究了三種策略：a）減小激光光斑直徑以調節溫度和熱梯度，b）預熱襯底，c）兩者的組合。研究人員以商品化的部分非晶態Fe基Fe–Ni–Cr–Mo–B–Si粉末（AMO beads AM-50B）為原料，採用激光DMD法在高碳鋼基體上製備硬質塗層，以提高其耐磨性。本研究的結果如下：在定向能沉積（DED）工藝中，預熱基板是降低沉積材料冷卻速率，克服冷裂紋的有效方法。採用Ø4mm激光運動製造並預熱至500°C的塗層無裂紋，硬度值約為500HV0.3。該結果未達到800HV購買的目標，可能足以滿足要求較低的應用，其中生產率是一個關鍵方面（圖3）。通過將激光光斑尺寸從原來的4mm減小到1mm，HAZ減小，從而最大限度地減少裂紋的發生。然而，裂紋並未完全消除。此外，較低的熱影響區將IHT對先前沉積軌道的影響降至最低。IHT促進原子擴散，從而有助於非晶相的晶化和/或晶相的再結晶。這反過來導致微觀結構軟化。通過在採用激光光斑減少和基板預熱的組合500°C，獲得硬度大於800 HV0.3的無裂紋鍍層（圖4）。不同工藝參數下獲得的熔覆層硬度差異可以解釋為凝固和熱路徑不同導致的顯微組織差異。基體相晶粒尺寸的細化以及硼化物和非晶相的含量是影響塗層硬度的主要因素。在單向載荷下對最硬的無裂紋塗層進行磨損測量，並用316L鋼進行評估。激光電火花加工的部分非晶態鐵基塗層具有優異的耐磨性，其足跡面積比316L的足跡小2個數量級，平均為94.4%更多的材料保護（圖5）。這些結果證實了這些塗層在不同應用中的潛力，並改善了其他基材的耐磨性能。

文章來源於增材研究，編輯時有改動。