激光熔覆碳纳米管增韧铁基非晶涂层的组织与力学性能
发布时间：2021-07-25 01:11
采用球磨工艺将镀镍碳纳米管与铁基非晶粉体混合后,以同轴送粉激光熔覆方法在钢板上制备涂层,确定了最佳的球磨时间,并探讨镀镍碳纳米管质量分数（0～1.00%）对涂层组织与力学性能的影响。结果表明:铁基非晶粉体与镀镍碳纳米管的球磨混合时间控制在30min较为适宜;涂层均包括非晶区、等轴树枝晶区和柱状树枝晶区,随着镀镍碳纳米管质量分数的增加,涂层中非晶相面积分数降低,析出的纳米晶尺寸增大;镀镍碳纳米管的含量几乎不影响涂层中柱状树枝晶区和等轴树枝晶区的硬度;随着镀镍碳纳米管质量分数的增加,涂层中非晶区的平均硬度由1 615.0HV降低到1 464.3HV,断裂韧度由5.75 MPa·m1/2提高至7.67 MPa·m1/2。
【文章来源】：机械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
铁基非晶粉体颗粒和镀镍碳纳米管的微观形貌
将涂层试样横截面磨光，用王水腐蚀10s后，采用Zeiss Axioimager A2m型光学显微镜和JSM7600F型扫描电子显微镜观察截面的微观形貌，采用扫描电子显微镜附带的X-MAX 20型能谱仪（EDS）进行微区化学成分分析。采用ADVANCE Da Vinci型X射线衍射仪（XRD）对涂层进行物相分析，扫描范围为20°～100°。采用inVia Qontor型共焦显微拉曼光谱仪测涂层的拉曼光谱，测试波长为532nm,He-Ne激光能量为5mW。采用Zwick Z100型维氏显微硬度计测涂层试样的截面硬度，载荷为2.94N，保载时间为10s，测试间隔为20μm。采用Zwick Z100型维氏显微硬度计，应用压痕法研究涂层的断裂韧性，载荷为4.9 N，测压痕点处的4条裂纹扩展长度，如图2所示，共测10个点取平均值，断裂韧度的计算公式[17]为式中：KIC为断裂韧度，MPa·m1/2;E为弹性模量，取300GPa;HV为显微硬度，由硬度测试结果换算得到，GPa;P为压痕载荷，取4.9N;C为裂纹扩展长度，μm。
由图3可以看出，复合粉体颗粒表面粗糙，镀镍碳纳米管被冷焊在非晶粉体颗粒表面，这有利于质量较轻的碳纳米管随非晶粉体一同进入熔池中。球磨30min后，碳纳米管的管状形态保存良好，平均长度在500nm以上，碳纳米管均匀分布在非晶颗粒表面；球磨60min后，碳纳米管的管状形态受到轻微破坏，平均长度在200nm左右；球磨90min后，碳纳米管的管状形态受到严重破坏，平均长度小于100nm。由图4可知，1 350cm-1处（D峰）和1 580cm-1处（G峰）均为碳的特征峰，其中D峰是碳纳米管中sp2型C-C键中缺陷产生的无序诱导峰，G峰是由sp2型C-C键中碳原子振动形成的。D峰与G峰的相对强度比值（ID/IG）可用于表征碳纳米管的结构完整度，ID/IG越小，碳纳米管结构的完整度越高。计算得到：原始镀镍碳纳米管的ID/IG为0.72，说明原始镀镍碳纳米管中缺陷较少；球磨30min后复合粉体的ID/IG为0.89，与原始镀镍碳纳米管的较为接近，说明其破坏程度很小；60min球磨后，复合粉体的ID/IG为1.05，说明镀镍碳纳米管受到较大破坏；90min球磨后，复合粉体的ID/IG为1.32，说明镀镍碳纳米管受到严重破坏。由此可知，过长时间的球磨会破坏碳纳米管的管状结构，从而减弱碳纳米管的增韧效果，因此混合粉体的球磨时间应控制在30min内较为合适。后续试验中将混合粉体的球磨时间设定为30min。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆Inconel718镍基合金温度场与应力场模拟[J]. 戴德平,蒋小华,蔡建鹏,芦凤桂,陈源,李铸国,邓德安. 中国激光. 2015(09)
[2]Microstructure and Wear Behavior of FeBSiNbCr Metallic Glass Coatings[J]. Jiangbo Cheng1,2),Xiubing Liang1),Binshi Xu1)and Yixiong Wu2) 1)National Key Laboratory for Remanufacturing,Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072,China 2)Shanghai Key laboratory of Materials Laser Processing and Modification,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China. Journal of Materials Science & Technology. 2009(05)
[3]非晶合金应用现状[J]. 王晓军,陈学定,夏天东,康凯,彭彪林. 材料导报. 2006(10)
硕士论文
[1]镁基块体非晶的制备及其碳纳米管复合材料的增韧研究[D]. 齐云鹏.河北工业大学 2011
本文编号：3301802
【文章来源】：机械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
铁基非晶粉体颗粒和镀镍碳纳米管的微观形貌
将涂层试样横截面磨光，用王水腐蚀10s后，采用Zeiss Axioimager A2m型光学显微镜和JSM7600F型扫描电子显微镜观察截面的微观形貌，采用扫描电子显微镜附带的X-MAX 20型能谱仪（EDS）进行微区化学成分分析。采用ADVANCE Da Vinci型X射线衍射仪（XRD）对涂层进行物相分析，扫描范围为20°～100°。采用inVia Qontor型共焦显微拉曼光谱仪测涂层的拉曼光谱，测试波长为532nm,He-Ne激光能量为5mW。采用Zwick Z100型维氏显微硬度计测涂层试样的截面硬度，载荷为2.94N，保载时间为10s，测试间隔为20μm。采用Zwick Z100型维氏显微硬度计，应用压痕法研究涂层的断裂韧性，载荷为4.9 N，测压痕点处的4条裂纹扩展长度，如图2所示，共测10个点取平均值，断裂韧度的计算公式[17]为式中：KIC为断裂韧度，MPa·m1/2;E为弹性模量，取300GPa;HV为显微硬度，由硬度测试结果换算得到，GPa;P为压痕载荷，取4.9N;C为裂纹扩展长度，μm。
由图3可以看出，复合粉体颗粒表面粗糙，镀镍碳纳米管被冷焊在非晶粉体颗粒表面，这有利于质量较轻的碳纳米管随非晶粉体一同进入熔池中。球磨30min后，碳纳米管的管状形态保存良好，平均长度在500nm以上，碳纳米管均匀分布在非晶颗粒表面；球磨60min后，碳纳米管的管状形态受到轻微破坏，平均长度在200nm左右；球磨90min后，碳纳米管的管状形态受到严重破坏，平均长度小于100nm。由图4可知，1 350cm-1处（D峰）和1 580cm-1处（G峰）均为碳的特征峰，其中D峰是碳纳米管中sp2型C-C键中缺陷产生的无序诱导峰，G峰是由sp2型C-C键中碳原子振动形成的。D峰与G峰的相对强度比值（ID/IG）可用于表征碳纳米管的结构完整度，ID/IG越小，碳纳米管结构的完整度越高。计算得到：原始镀镍碳纳米管的ID/IG为0.72，说明原始镀镍碳纳米管中缺陷较少；球磨30min后复合粉体的ID/IG为0.89，与原始镀镍碳纳米管的较为接近，说明其破坏程度很小；60min球磨后，复合粉体的ID/IG为1.05，说明镀镍碳纳米管受到较大破坏；90min球磨后，复合粉体的ID/IG为1.32，说明镀镍碳纳米管受到严重破坏。由此可知，过长时间的球磨会破坏碳纳米管的管状结构，从而减弱碳纳米管的增韧效果，因此混合粉体的球磨时间应控制在30min内较为合适。后续试验中将混合粉体的球磨时间设定为30min。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆Inconel718镍基合金温度场与应力场模拟[J]. 戴德平,蒋小华,蔡建鹏,芦凤桂,陈源,李铸国,邓德安. 中国激光. 2015(09)
[2]Microstructure and Wear Behavior of FeBSiNbCr Metallic Glass Coatings[J]. Jiangbo Cheng1,2),Xiubing Liang1),Binshi Xu1)and Yixiong Wu2) 1)National Key Laboratory for Remanufacturing,Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072,China 2)Shanghai Key laboratory of Materials Laser Processing and Modification,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China. Journal of Materials Science & Technology. 2009(05)
[3]非晶合金应用现状[J]. 王晓军,陈学定,夏天东,康凯,彭彪林. 材料导报. 2006(10)
硕士论文
[1]镁基块体非晶的制备及其碳纳米管复合材料的增韧研究[D]. 齐云鹏.河北工业大学 2011
本文编号：3301802
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3301802.html
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