TiC—CNTs陶瓷涂層制備及外觀形貌

李剛　李浩

【摘 要】本文采用激光熔覆技術在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，得出其表面結合完好，涂層質量較好。

【關鍵詞】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）具有超高抗拉強度、超高彈性模量、高彎曲強度，及高韌性和優異自潤滑性能；且耐強酸、強堿。具有較好熱穩定性和化學穩定性。這些獨特性質使其成為新一代復合材料增強相之一[2]。

TiC屬于面心立方晶型[3]，金屬原子分布在立方體的八個角上和六個面的中心，面中心的原子與四個角上的原子緊靠著。其熔點高（3140℃），硬度很大（3000HV）化學穩定性好。

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 試驗材料和方法

實驗基材采用Q235碳鋼不銹鋼，試樣規格為100 mm×80mm×10mm，激光熔覆前先將試樣表面進行噴砂處理，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。本實驗采用同步送粉法制備熔覆涂層，通過送粉器向工作區域添加Ti和CNTs的混合粉末，保證CNTs：Ti的摩爾比為1：1.1。

2 實驗結果分析

經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。為了進一步探究其涂層的質量，對其進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，并且展現了涂層與基體結合性能良好，并有TiC陶瓷顆粒的存在，這將會使得表面質量的各種性能大大提高。

2 結論

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，合成陶瓷涂層的質量都較好；涂層中部分布著大量的TiC陶瓷顆粒將會提高涂層的各種性能。

【參考文獻】

[1]洪蕾，吳鋼.激光制造技術基礎[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.

[責任編輯：曹明明]