李剛 李浩
【摘 要】本文采用激光熔覆技術(shù)在Q235碳鋼表面合成了TiC-CNTs陶瓷涂層。利用電子掃描電鏡觀察其形貌。最后,得出其表面結(jié)合完好,涂層質(zhì)量較好。
【關(guān)鍵詞】激光熔覆;CNTs-TiC陶瓷涂層;顯微組織
0 引言
激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷,是指以不同的添加方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料, 經(jīng)高能密度激光束輻照加熱, 使之和基體表面熔化, 并快速凝固, 從而在基材表面形成與基體為冶金結(jié)合的表面涂層的工藝過程[1]。
碳納米管(簡寫CNTs)具有超高抗拉強(qiáng)度、超高彈性模量、高彎曲強(qiáng)度,及高韌性和優(yōu)異自潤滑性能;且耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿。具有較好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。這些獨(dú)特性質(zhì)使其成為新一代復(fù)合材料增強(qiáng)相之一[2]。
TiC屬于面心立方晶型[3],金屬原子分布在立方體的八個(gè)角上和六個(gè)面的中心,面中心的原子與四個(gè)角上的原子緊靠著。其熔點(diǎn)高(3140℃),硬度很大(3000HV)化學(xué)穩(wěn)定性好。
在本研究中利用激光熔覆在Q235碳鋼的表面合成TiC-CNTs陶瓷涂層。
1 試驗(yàn)材料和方法
實(shí)驗(yàn)基材采用Q235碳鋼不銹鋼,試樣規(guī)格為100 mm×80mm×10mm,激光熔覆前先將試樣表面進(jìn)行噴砂處理,然后用無水乙醇清洗干凈。
采用的激光工藝參數(shù)為:激光加工功率2500W,掃描速度1.2mm/s,光斑尺寸6mmx1.5mm,離焦量20mm。本實(shí)驗(yàn)采用同步送粉法制備熔覆涂層,通過送粉器向工作區(qū)域添加Ti和CNTs的混合粉末,保證CNTs:Ti的摩爾比為1:1.1。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
經(jīng)過加工過后的涂層的宏觀組織形貌如圖1,可見其表面均勻無裂紋,產(chǎn)生形成了良好的陶瓷涂層。從外觀上來看,組織均勻、無裂縫無凹陷,相對光滑平整。熔覆涂層與Q235基體結(jié)合良好,中間無分層,并且與基體相互滲透基本合為一體。為了進(jìn)一步探究其涂層的質(zhì)量,對其進(jìn)行了微觀形貌的觀察。
利用電子掃描電鏡觀察到的陶瓷涂層如圖2所示,從圖中可以看出生成的涂層微觀形貌分布較為均勻,并且展現(xiàn)了涂層與基體結(jié)合性能良好,并有TiC陶瓷顆粒的存在,這將會(huì)使得表面質(zhì)量的各種性能大大提高。
2 結(jié)論
2.1 在合適的工藝條件下,利用同步送粉法可在Q235碳鋼的表面生合成了TiC-CNTs陶瓷涂層。
2.2 無論從宏觀還是微觀來看,合成陶瓷涂層的質(zhì)量都較好;涂層中部分布著大量的TiC陶瓷顆粒將會(huì)提高涂層的各種性能。
【參考文獻(xiàn)】
[1]洪蕾,吳鋼.激光制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:人民交通出版社,2008.
[2]Yu M F, Lourie O, Dyer M J, et al. Strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load [J].Science,2000,287(5453): 637-640
[3]Z. J. Gu, Y. C. Yang, K. Y. Li, et al. Aligned carbon nanotube-reinforced silicon carbide composites produced by chemical vapor infiltration [J]. Carbon, 2011, 49(7): 2475-2482.
[責(zé)任編輯:曹明明]