激光熔覆碳納米管增韌鐵基非晶涂層的組織與力學(xué)性能
發(fā)布時間：2021-07-25 01:11
采用球磨工藝將鍍鎳碳納米管與鐵基非晶粉體混合后,以同軸送粉激光熔覆方法在鋼板上制備涂層,確定了最佳的球磨時間,并探討鍍鎳碳納米管質(zhì)量分數(shù)（0～1.00%）對涂層組織與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:鐵基非晶粉體與鍍鎳碳納米管的球磨混合時間控制在30min較為適宜;涂層均包括非晶區(qū)、等軸樹枝晶區(qū)和柱狀樹枝晶區(qū),隨著鍍鎳碳納米管質(zhì)量分數(shù)的增加,涂層中非晶相面積分數(shù)降低,析出的納米晶尺寸增大;鍍鎳碳納米管的含量幾乎不影響涂層中柱狀樹枝晶區(qū)和等軸樹枝晶區(qū)的硬度;隨著鍍鎳碳納米管質(zhì)量分數(shù)的增加,涂層中非晶區(qū)的平均硬度由1 615.0HV降低到1 464.3HV,斷裂韌度由5.75 MPa·m1/2提高至7.67 MPa·m1/2。
【文章來源】：機械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
鐵基非晶粉體顆粒和鍍鎳碳納米管的微觀形貌
將涂層試樣橫截面磨光，用王水腐蝕10s后，采用Zeiss Axioimager A2m型光學(xué)顯微鏡和JSM7600F型掃描電子顯微鏡觀察截面的微觀形貌，采用掃描電子顯微鏡附帶的X-MAX 20型能譜儀（EDS）進行微區(qū)化學(xué)成分分析。采用ADVANCE Da Vinci型X射線衍射儀（XRD）對涂層進行物相分析，掃描范圍為20°～100°。采用inVia Qontor型共焦顯微拉曼光譜儀測涂層的拉曼光譜，測試波長為532nm,He-Ne激光能量為5mW。采用Zwick Z100型維氏顯微硬度計測涂層試樣的截面硬度，載荷為2.94N，保載時間為10s，測試間隔為20μm。采用Zwick Z100型維氏顯微硬度計，應(yīng)用壓痕法研究涂層的斷裂韌性，載荷為4.9 N，測壓痕點處的4條裂紋擴展長度，如圖2所示，共測10個點取平均值，斷裂韌度的計算公式[17]為式中：KIC為斷裂韌度，MPa·m1/2;E為彈性模量，取300GPa;HV為顯微硬度，由硬度測試結(jié)果換算得到，GPa;P為壓痕載荷，取4.9N;C為裂紋擴展長度，μm。
由圖3可以看出，復(fù)合粉體顆粒表面粗糙，鍍鎳碳納米管被冷焊在非晶粉體顆粒表面，這有利于質(zhì)量較輕的碳納米管隨非晶粉體一同進入熔池中。球磨30min后，碳納米管的管狀形態(tài)保存良好，平均長度在500nm以上，碳納米管均勻分布在非晶顆粒表面；球磨60min后，碳納米管的管狀形態(tài)受到輕微破壞，平均長度在200nm左右；球磨90min后，碳納米管的管狀形態(tài)受到嚴重破壞，平均長度小于100nm。由圖4可知，1 350cm-1處（D峰）和1 580cm-1處（G峰）均為碳的特征峰，其中D峰是碳納米管中sp2型C-C鍵中缺陷產(chǎn)生的無序誘導(dǎo)峰，G峰是由sp2型C-C鍵中碳原子振動形成的。D峰與G峰的相對強度比值（ID/IG）可用于表征碳納米管的結(jié)構(gòu)完整度，ID/IG越小，碳納米管結(jié)構(gòu)的完整度越高。計算得到：原始鍍鎳碳納米管的ID/IG為0.72，說明原始鍍鎳碳納米管中缺陷較少；球磨30min后復(fù)合粉體的ID/IG為0.89，與原始鍍鎳碳納米管的較為接近，說明其破壞程度很��；60min球磨后，復(fù)合粉體的ID/IG為1.05，說明鍍鎳碳納米管受到較大破壞；90min球磨后，復(fù)合粉體的ID/IG為1.32，說明鍍鎳碳納米管受到嚴重破壞。由此可知，過長時間的球磨會破壞碳納米管的管狀結(jié)構(gòu)，從而減弱碳納米管的增韌效果，因此混合粉體的球磨時間應(yīng)控制在30min內(nèi)較為合適。后續(xù)試驗中將混合粉體的球磨時間設(shè)定為30min。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光熔覆Inconel718鎳基合金溫度場與應(yīng)力場模擬[J]. 戴德平,蔣小華,蔡建鵬,蘆鳳桂,陳源,李鑄國,鄧德安. 中國激光. 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]非晶合金應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 王曉軍,陳學(xué)定,夏天東,康凱,彭彪林. 材料導(dǎo)報. 2006(10)
碩士論文
[1]鎂基塊體非晶的制備及其碳納米管復(fù)合材料的增韌研究[D]. 齊云鵬.河北工業(yè)大學(xué) 2011
本文編號：3301802
【文章來源】：機械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
鐵基非晶粉體顆粒和鍍鎳碳納米管的微觀形貌
將涂層試樣橫截面磨光，用王水腐蝕10s后，采用Zeiss Axioimager A2m型光學(xué)顯微鏡和JSM7600F型掃描電子顯微鏡觀察截面的微觀形貌，采用掃描電子顯微鏡附帶的X-MAX 20型能譜儀（EDS）進行微區(qū)化學(xué)成分分析。采用ADVANCE Da Vinci型X射線衍射儀（XRD）對涂層進行物相分析，掃描范圍為20°～100°。采用inVia Qontor型共焦顯微拉曼光譜儀測涂層的拉曼光譜，測試波長為532nm,He-Ne激光能量為5mW。采用Zwick Z100型維氏顯微硬度計測涂層試樣的截面硬度，載荷為2.94N，保載時間為10s，測試間隔為20μm。采用Zwick Z100型維氏顯微硬度計，應(yīng)用壓痕法研究涂層的斷裂韌性，載荷為4.9 N，測壓痕點處的4條裂紋擴展長度，如圖2所示，共測10個點取平均值，斷裂韌度的計算公式[17]為式中：KIC為斷裂韌度，MPa·m1/2;E為彈性模量，取300GPa;HV為顯微硬度，由硬度測試結(jié)果換算得到，GPa;P為壓痕載荷，取4.9N;C為裂紋擴展長度，μm。
由圖3可以看出，復(fù)合粉體顆粒表面粗糙，鍍鎳碳納米管被冷焊在非晶粉體顆粒表面，這有利于質(zhì)量較輕的碳納米管隨非晶粉體一同進入熔池中。球磨30min后，碳納米管的管狀形態(tài)保存良好，平均長度在500nm以上，碳納米管均勻分布在非晶顆粒表面；球磨60min后，碳納米管的管狀形態(tài)受到輕微破壞，平均長度在200nm左右；球磨90min后，碳納米管的管狀形態(tài)受到嚴重破壞，平均長度小于100nm。由圖4可知，1 350cm-1處（D峰）和1 580cm-1處（G峰）均為碳的特征峰，其中D峰是碳納米管中sp2型C-C鍵中缺陷產(chǎn)生的無序誘導(dǎo)峰，G峰是由sp2型C-C鍵中碳原子振動形成的。D峰與G峰的相對強度比值（ID/IG）可用于表征碳納米管的結(jié)構(gòu)完整度，ID/IG越小，碳納米管結(jié)構(gòu)的完整度越高。計算得到：原始鍍鎳碳納米管的ID/IG為0.72，說明原始鍍鎳碳納米管中缺陷較少；球磨30min后復(fù)合粉體的ID/IG為0.89，與原始鍍鎳碳納米管的較為接近，說明其破壞程度很��；60min球磨后，復(fù)合粉體的ID/IG為1.05，說明鍍鎳碳納米管受到較大破壞；90min球磨后，復(fù)合粉體的ID/IG為1.32，說明鍍鎳碳納米管受到嚴重破壞。由此可知，過長時間的球磨會破壞碳納米管的管狀結(jié)構(gòu)，從而減弱碳納米管的增韌效果，因此混合粉體的球磨時間應(yīng)控制在30min內(nèi)較為合適。后續(xù)試驗中將混合粉體的球磨時間設(shè)定為30min。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光熔覆Inconel718鎳基合金溫度場與應(yīng)力場模擬[J]. 戴德平,蔣小華,蔡建鵬,蘆鳳桂,陳源,李鑄國,鄧德安. 中國激光. 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]非晶合金應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 王曉軍,陳學(xué)定,夏天東,康凱,彭彪林. 材料導(dǎo)報. 2006(10)
碩士論文
[1]鎂基塊體非晶的制備及其碳納米管復(fù)合材料的增韌研究[D]. 齊云鵬.河北工業(yè)大學(xué) 2011
本文編號：3301802
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