非晶合金涂层的激光熔覆研究进展

非晶合金俗称"金属玻璃"，原子排列长程无序、没有晶界和位错，硬度可达 900～1200 HV，耐蚀性优于不锈钢，耐磨性能远超常规合金。传统非晶带材只能做薄带，激光熔覆把非晶合金"打印"到零件表面，是近十年表面工程的研究热点。

非晶形成的关键：冷速与玻璃形成能力

非晶合金要在极快冷却下避开结晶，临界冷速通常 10⁴～10⁶ K/s。激光熔覆的冷却速度正好落在这个区间，所以理论上只要合金体系有足够的"玻璃形成能力"，就能得到非晶涂层。常见体系有铁基（Fe-Cr-B-Si-Mo）、镍基（Ni-B-Si）、铝基、锆基，其中铁基非晶成本最低、研究最多。

激光熔覆制备非晶涂层的难点

• 热输入要精确：能量过高，熔池高温停留时间长，原子来得及结晶；能量过低，粉末未熔透、结合差。
• 多层熔覆难：第一层做完，第二层激光会重新加热第一层，非晶组织在回火温度下析出晶化相，失去非晶性能。
• 稀释率要低：基体 Fe、C 进入涂层会破坏玻璃形成能力，一般要求稀释率 < 8%。

当前进展与应用

实验室阶段，铁基非晶涂层在低碳钢表面已经做到非晶含量 80% 以上，硬度 900 HV，耐蚀性是 304 不锈钢的 5～10 倍。工程化方面，青岛、江苏一些团队已经在海洋平台、化工泵阀上做试用，寿命比 Ni60 涂层提高 2～3 倍。

但非晶涂层还面临脆性大、厚度受限的问题：单层一般不超过 0.5 mm，再厚就裂。这决定了它短期定位是"高性能薄涂层"，而不是厚修复层。从工艺角度，要获得高非晶含量，通常采用低热输入、高扫描速度、小光斑，必要时配合基体预热到 200～300 ℃ 降低温度梯度。与高熵合金粉末在激光熔覆中的前景一样，属于前沿方向，工业普及还需要时间。