基于机械合金化CNTs/SiC/Ni基复合涂层激光熔覆研究

摘要

高速列车制动材料面临瞬间高温、重载化以及高速化的严峻挑战，现有的铁基材料无法满足现代载运工具的要求，采用表面工程技术有望解决该问题。本文以机械合金化混合复合粉末，通过激光熔覆制备了CNTs/SiC/Ni基复合涂层，研究了机械合金化工艺参数对复合粉末中碳纳米管分散以及保护机理；利用正交实验优化了镍基高温合金的成分配比；探索了激光工艺参数对复合涂层的组织与性能的影响规律。主要研究结果如下： （1）CNTs/SiC/Ni基复合粉末通过机械合金化分散均匀，其中碳纳米管主要镶嵌于镍球表面的软化层中，并与粉末一起形成致密的保护膜，保证了碳纳米管在复合涂层中的完整性。 （2）当Al的量为1.6g，Co的含量为0.4g，Cr的含量为18.5g，Ti的含量为0.6g，Mo的含量为4g时，复合涂层的硬度最高，磨损量最少，粉末配比最优。随着冷却速度的增大，Laves相析出大幅度地减小，其中Mo元素主要偏聚于Laves相中，Ti、Al元素是沉淀强化相的主要组成元素。 （3）激光熔覆制备出了无气孔、性能优异的CNTs/SiC/Ni 基高温合金复合涂层材料。当激光功率为900W，扫描速度为360mm/min时，CNTs/SiC/Ni基复合涂层其显微组织从顶部到底部依次形成等轴晶、树枝晶、胞状晶和平面晶形态组织，其磨损量最小约0.0019g，硬度最高约400HV0.2，比基板高了2倍，单道多层硬度呈梯度变化，其最高硬度约650HV0.2，比基板高了3.2倍。 （4）碳纳米管不溶于奥氏体中，主要以弥散强化的方式分散于复合涂层中，增强涂层的强韧性，减少了复合涂层中的气孔以及微裂纹的产生倾向。 （5）通过引入λ 作为摩擦系数与磨损量比值的方法，数值化表征出摩擦系数与磨损量之间的数值关系，当λ 值越大时，则表示材料的耐磨性能越好。

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