大块非晶合金，通常被称为大块金属玻璃（BMG）。大块非晶金属，通常被称为大块金属玻璃（BMG），其中“大块”被定义为毫米级，是指不结晶的固态金属，其中原子在液态时保持随机分布。BMG诞生于20世纪70年代，从那时起，材料研究就非常关注新型合金成分的产生和向更大尺寸的扩展。由于金属玻璃不存在像晶界或位错那样的“弱点”，因此它们比其同源晶体表现出优异的耐磨性和耐腐蚀性，更大的抗压强度、硬度、回弹性和更软的磁性。具有非晶/纳米晶体结构的铁基涂层由于其高硬度和优异的耐磨性和耐腐蚀性而成为工业应用的重要候选者。

西班牙安赛乐米塔尔、BRTA、纳瓦拉大学采用激光定向能量沉积铁基非晶粉末，研究在碳钢基体上制造无宏观缺陷和高硬度值的非晶耐磨涂层的可行性。相关研究成果以Crack-free wear resistance coating on carbon steel obtained by directed energy deposition of Fe-base partial amorphous powders为题在Results in Materials上发表。

研究人员使用的圆柱形钢基板与众所周知的工具钢如100Cr6（AISI 52100）或90MnCrV8（AISI O2）的化学成分相当。在涂覆之前，将基材机加工至表面粗糙度Ra=0.8±0.2μm，并用乙醇彻底清洁，测得的基板硬度为300HV0.3（表1）。化学成分为Fe–Ni–Cr–Mo–B–Si的粉末粒径范围为20–110μm。这种铁基合金是为喷丸应用开发的（Fe1-x-yCoxNiy）75Si8B14Mo3（at%）系统之一。这种材料具有很强的耐腐蚀性和高硬度（900 HV），是高耐磨和耐腐蚀涂层的有力竞争者。嵌入基板中的两个电阻器使用控制器和热电偶将基板预热至700°C。为了最大限度地减少热损失，基板的底部和侧壁用厚的多孔氧化铝层隔热（图1）。该项工作研究了四个主要工艺参数：激光功率、光斑尺寸、扫描速度和基板温度（表2）。按照粉末冶金标准，对粉末进行测量，以确保其适用于激光DMD加工。通过DSC测量研究了热稳定性和结晶行为，以了解可以发生结晶的组合物的临界温度范围。通过将粉末样品加热至1450°C进行测试 ，以确定相变温度。为进一步研究选择的四个最佳单轨是基于以下标准选择的：无裂纹、孔隙率很少或没有、硬度高、稀释度小（<12 %), 最小轨道高度为0.3mm（图2）。由于熔池的快速凝固，热应力可能会形成裂纹。使用多种策略来避免冷裂和热裂：冶金方法，如调整基材或填充材料、调整熔池尺寸、叠加压应力、温度控制调整以及使用不同能源预热基材。然而，其中一些不能在工业环境中实现，因此实际应用有限。因此，在这项工作中，只研究了三种策略：a）减小激光光斑直径以调节温度和热梯度，b）预热衬底，c）两者的组合。研究人员以商品化的部分非晶态Fe基Fe–Ni–Cr–Mo–B–Si粉末（AMO beads AM-50B）为原料，采用激光DMD法在高碳钢基体上制备硬质涂层，以提高其耐磨性。本研究的结果如下：在定向能沉积（DED）工艺中，预热基板是降低沉积材料冷却速率，克服冷裂纹的有效方法。采用Ø4mm激光运动制造并预热至500°C的涂层无裂纹，硬度值约为500HV0.3。该结果未达到800HV购买的目标，可能足以满足要求较低的应用，其中生产率是一个关键方面（图3）。通过将激光光斑尺寸从原来的4mm减小到1mm，HAZ减小，从而最大限度地减少裂纹的发生。然而，裂纹并未完全消除。此外，较低的热影响区将IHT对先前沉积轨道的影响降至最低。IHT促进原子扩散，从而有助于非晶相的晶化和/或晶相的再结晶。这反过来导致微观结构软化。通过在采用激光光斑减少和基板预热的组合500°C，获得硬度大于800 HV0.3的无裂纹镀层（图4）。不同工艺参数下获得的熔覆层硬度差异可以解释为凝固和热路径不同导致的显微组织差异。基体相晶粒尺寸的细化以及硼化物和非晶相的含量是影响涂层硬度的主要因素。在单向载荷下对最硬的无裂纹涂层进行磨损测量，并用316L钢进行评估。激光电火花加工的部分非晶态铁基涂层具有优异的耐磨性，其足迹面积比316L的足迹小2个数量级，平均为94.4%更多的材料保护（图5）。这些结果证实了这些涂层在不同应用中的潜力，并改善了其他基材的耐磨性能。

文章来源于增材研究，编辑时有改动。