在實際應(yīng)用中零件之間摩擦不可避免，過度磨損導(dǎo)致設(shè)備失效。因此抗磨損能力(特別是在極端環(huán)境下)是評估材料適用性的重要指標之一。典型材料如碳化鎢、碳化硅和金剛石因其超高硬度而被認為具有最優(yōu)異的耐磨性。材料的高硬度和耐磨性與可加工性是相互排斥的。高硬度保證了優(yōu)異的耐磨性，但造成了巨大的加工成本和復(fù)雜的制造工藝。因此在玻璃成型、醫(yī)療器械和航空航天等精密制造領(lǐng)域，兼具優(yōu)異耐磨性和高可加工性的材料是極其可取的。金屬玻璃與相應(yīng)的晶體合金相比，具有高強度、高硬度和優(yōu)異的耐磨性。金屬玻璃是通過快速冷卻技術(shù)制備的，該技術(shù)保留了其液態(tài)原子結(jié)構(gòu)。這種獨特的原子結(jié)構(gòu)賦予金屬玻璃優(yōu)異的機械和化學(xué)性能，并賦予優(yōu)異的加工性能。金屬玻璃的優(yōu)越加工性歸因于其玻璃狀原子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在稱為過冷液體區(qū)域的溫度范圍內(nèi)提供了優(yōu)異的流動性。利用熱塑性成形方法，金屬玻璃可以加工成復(fù)雜而精密的結(jié)構(gòu)。除此之外，由于其獨特的非晶結(jié)構(gòu)，金屬玻璃在耐磨性方面也表現(xiàn)良好。由于傳統(tǒng)金屬玻璃體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相對較低，在高溫下的磨損行為和應(yīng)用很少有報道。因此，系統(tǒng)研究該復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的磨損行為和機理具有重要的工程意義和研究價值。
圖1 (a)磨損試驗示意圖；(b)磨損實驗前塊體金屬玻璃樣品照片；Ir29.8Ta34.6Ni29.3Nb6.3塊體金屬玻璃的(c)XRD和(d)DSC曲線 (a)室溫下Ta基塊體金屬玻璃COF隨時間的演化；(b) 室溫下Ta基塊體金屬玻璃的磨損形貌；(c)磨損痕跡的截面剖面；(d)Zr基塊體金屬玻璃COF隨時間的演化；(e) 室溫下Ta基塊體金屬玻璃的磨損形貌；(f)磨損痕跡的截面剖面。
圖3Ta基塊體金屬玻璃的(a)磨損形貌和(b)元素分析；Zr基塊體金屬玻璃的(c)磨損形貌和(d)元素分析。
圖4 (a)200度時Ta基塊體金屬玻璃COF隨時間的演化；(b) 200度時Ta基塊體金屬玻璃的磨損形貌；(c)磨損痕跡的截面剖面；(d)Zr基塊體金屬玻璃COF隨時間的演化；(e) 200度時Ta基塊體金屬玻璃的磨損形貌；(f)磨損痕跡的截面剖面。
總之，作者深入研究了一種新型Ta基塊體金屬玻璃從室溫到高溫下的磨損行為和機理。在相對較低的溫度下(室溫 ~ 400℃)，磨損行為主要受硬度影響，磨損機制主要為輕微磨粒磨損和氧化磨損。在室溫、200℃和400℃下，磨損率分別為2.65?×?10?6 mm3N?1m?1、7.52?×?10?6 mm3N?1m?1和10.59?×?10?6 mm3N?1m?1。在600℃的高溫下，摩擦熱引起的進一步加熱導(dǎo)致塊體金屬玻璃表面軟化，磨損率為20.99?×?10?6 mm3N?1m?1。相應(yīng)的磨損機制為摩擦過程中軟質(zhì)驅(qū)動的磨粒磨損和氧化磨損。在最高溫度750℃時，在Ta基塊體金屬玻璃表面形成的幾微米厚度的氧化層代替基體進行磨損，其耐磨性增強，磨損率為7.08?×?10?6 mm3N?1m?1。綜上所述，作者展示了Ta基塊體金屬玻璃優(yōu)異的高溫耐磨性，意味著它在精密儀器和極端條件下具有廣泛的應(yīng)用前景。（文：Keep real）
