熱噴涂技術(shù)可用于表面保護(hù)和增強(qiáng)，并已廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，由于其具有快速冷卻的特點(diǎn)，熱噴涂技術(shù)可以滿足形成非晶合金的基本條件。與晶態(tài)合金材料相比，非晶合金具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，具有高強(qiáng)度、高硬度、優(yōu)異的耐磨性和耐腐蝕性能，使非晶合金具有廣闊的應(yīng)用前景。

然而，塊體非晶合金的一個關(guān)鍵問題是室溫塑性差，表現(xiàn)出脆性斷裂，從而不能作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用，為了克服這個問題可以將其制成粉末噴涂到齒輪、滾軸、鉆井頭等表面形成涂層。對非晶合金涂層的納米壓痕研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年，研究表明，大多數(shù)納米壓痕用于評估Ti-B基、Ni基、Fe基等非晶合金涂層的硬度和彈性模量等機(jī)械性能。然而，關(guān)于非晶合金涂層蠕變機(jī)理的研究還不多見。

  “Indentation Creep Behavior of Fe-based Amorphous Coatings Fabricated by High Velocity Oxy-fuel”一文以超音速火焰噴涂技術(shù)(HVOF)制備的Fe基非晶涂層的納米壓痕蠕變試驗(yàn)為重點(diǎn)，系統(tǒng)地分析了Fe基非晶合金涂層的蠕變機(jī)理，以及不同保載時間和峰值載荷下的應(yīng)力指數(shù)n，并用自由體積模型和剪切帶模型對上述現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步的解釋。該文的通訊作者為蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院李春燕副教授，該文近期發(fā)表在Journal of Non-Crystalline Solids期刊上。

本試驗(yàn)研究了非晶涂層在不同載荷(6mN和10mN)加載條件下不同保持時間的蠕變位移曲線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比于保載時間涂層的蠕變變形對施加的峰值載荷更敏感；并且經(jīng)驗(yàn)公式[h=h0+a(t-t0)b+kt]與時間蠕變位移(t-h)擬合良好，相關(guān)系數(shù)R2大于0.99；蠕變應(yīng)力指數(shù)n可以通過蠕變應(yīng)變率和表征應(yīng)力之間的雙對數(shù)關(guān)系得到，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在同一保持時間下，大載荷10mN時的應(yīng)力指數(shù)n小于6mN時的應(yīng)力指數(shù)n，這是由于在高峰值載荷下產(chǎn)生的大量自由體積，在同一峰值下，應(yīng)力指數(shù)值隨著保持時間的增加而增加；因?yàn)閼?yīng)力指數(shù)值越高，非晶合金涂層對蠕變變形的抵抗力越大，所以在峰值載荷為6mN時非晶涂層的抗蠕變能力強(qiáng)，這也意味著隨著保持時間的增加，自由體積累積的數(shù)量總是大于湮滅的數(shù)量。

本研究由國家自然科學(xué)基金(No:51661016,51861021,51571105,51661017,51661015)、溫州市公益性科技項目(G20170019)和甘肅省自然科學(xué)基金資助(No:145RJZA090)。

圖1：非晶涂層的不同保持時間下(從左到右為10s,20s和30s) 6mN(a)和10mN(b)的峰值載荷-蠕變距離曲線(平移處理后)

圖2：在6mN和10mN的峰值載荷下,10s(a),20s(b)和30s(c)的蠕變位移-時間曲線和擬合曲線

圖3：對數(shù)應(yīng)變速率-對數(shù)應(yīng)力曲線6mN(a)和10mN(b)