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Fe基非晶合金是目前应用最为广泛的非晶合金材料,其应用目前主要包括软磁材料和耐磨耐腐蚀材料两个方面。发展新型功能性Fe基块体非晶合金对拓展其应用具有重要意义。由于小原子B和大原子Zr在提高Fe基非晶合金形成能力上具有明显优势,本文以B和Zr为基础非晶形成元素,分别开发了具有高Fe含量的Fe-Zr-B系块体非晶软磁合金和具有高Cr含量的Fe-Cr-Zr-B系耐磨耐腐蚀块体非晶合金,并制备了新型Fe基非晶合金涂层。首先,本文分析了凝固过程中的亚稳转变与Fe-B系合金非晶形成能力的关系,并依据过渡族大原子元素在Fe23B6结构中的占位倾向,成功在Fe82B18近共晶合金中以5%的Ti和Zr的组合添加促成了四元Fe77B18TixZr5-x(1≤x≤4)块体非晶合金的形成。该系列非晶合金具有良好的软磁性能,其中Fe77B18Ti4Zr1合金的饱和磁化强度达到1.41 T。为了获得磁性更优异的Fe基块体非晶合金,本文调节了 Zr在Fe-B-Si合金中的添加量,优化设计了一系列具有高Fe和低Zr含量的Fe-B-Si-Zr块体非晶合金。该系列非晶合金具有高于1.5 T的饱和磁化强度。其中Fe77 5B15.5Si5 5Zr1.5非晶合金的饱和磁化强度达到1.60T而矫顽力低至4.3A/m。其次,本文基于Fe-Cr-B共晶线引入Zr元素成功开发出同时具有高Cr和高B含量的块体非晶合金形成体系。Mo元素的加入显著增强了合金的非晶形成能力同时扩展了块体非晶形成范围。力学性能测试表明,新型Fe-Cr(Mo)-Zr-B块体非晶合金具有极高的压缩强度和显微硬度。其中,Fe57Cr10Mo7Zr8B18和Fe57Cr12Mo5Zo8B18块体非晶合金的压缩断裂强度分别达到3857和4020 Mpa。所有测试的块体非晶合金的显微硬度均超过1100 HV,而Cr或Mo含量的增加均有利于提高合金的显微硬度。因此,高Cr含量的Fe38Cr40Mo2Zr8B12和高Mo含量的Fe42Cr18Mo17Zr8B15块体非晶合金具有极高的显微硬度,分别达到1397和1394 HV。设计电化学实验和浸泡试验研究了室温下Fe-Cr(Mo)-Zr-B块体非晶合金在1 M盐酸溶液中的腐蚀行为。研究发现,不含Mo的Fe92-x-zCrxZr8Bz块体非晶合金在1 M盐酸溶液中呈现出特殊的受Cr控制的活化—钝化转变行为。当Cr含量小于25%这一临界值时,非晶合金在溶液中表现为活性;而当Cr含量高于25%时,非晶合金能够在溶液中发生自钝化。研究还发现,仅2%Mo的添加能够大幅度降低这种耐蚀性转变的Cr临界值。针对氧化膜的演化行为分析表明,这种耐蚀性转变是由Fe-Cr-Zr-B非晶合金的初生氧化膜中Fe3+和Fe2+含量比在25%Cr含量处的突变引起的。这种活化—钝化转变在含Mo合金中依然发挥作用。当Fe90+zCrxMo2Zr8Bz块体非晶合金中的Cr含量低于25%时,由于初生氧化膜的保护性较差,合金表面的原子在1M盐酸溶液中发生剧烈的选择性溶解,促进了 Mo与溶液的化学作用,产生的Mo6+引起了合金的钝化。当Fe90-x-zCrxMo2Zr8Bz块体非晶合金中的Cr含量高于25%时,由于初生氧化膜具有较高的保护性,合金表面的原子在溶液中发生程度微弱的选择性溶解就足以发生自钝化,因此Mo6+难以产生。这些结果说明,两类Cr含量不同的合金在溶液中发生自钝化的机理是不同的。最后,本文选择Fe54Cr18Mo2Zr8B18非晶合金成分,采用气雾化技术制备了高度非晶化的合金粉末,继而采用超音速火焰喷涂技术在304不锈钢基体上制备了厚度约为350μm、致密度达到97.2%且完全非晶化的涂层。新型Fe54Cr18Mo2Zr8B18非晶涂层的结合强度超过55.3 MPa,为目前同类涂层中报道的最高值。同时,该新型非晶涂层的显微硬度高达1150 HV,明显高于商用Fe44Cr16Mo16C18B6以及304不锈钢。由于其高硬度,该新型涂层具有十分优异的耐磨性能。在磨损试验中,新型Fe54Cr18Mo2Zr8B18非晶涂层的磨损量仅为商用Fe44Cr16Mo16C18B6非晶涂层的64.2%以及304不锈钢的39.0%。电化学测试表明,室温下,新型Fe54Cr18Mo2Zr8B18非晶涂层在1M盐酸溶液的耐蚀性显著优于商用Fe44Cr16Mo16C18B6非晶涂层和304不锈钢。