TiC—CNTs陶瓷涂层制备及外观形貌

李刚　李浩

【摘 要】本文采用激光熔覆技术在Q235碳钢表面合成了TiC-CNTs陶瓷涂层。利用电子扫描电镜观察其形貌。最后，得出其表面结合完好，涂层质量较好。

【关键词】激光熔覆；CNTs-TiC陶瓷涂层；显微组织

0 引言

激光熔覆亦称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体上放置选择的涂层材料， 经高能密度激光束辐照加热， 使之和基体表面熔化， 并快速凝固， 从而在基材表面形成与基体为冶金结合的表面涂层的工艺过程[1]。

碳纳米管（简写CNTs）具有超高抗拉强度、超高弹性模量、高弯曲强度，及高韧性和优异自润滑性能；且耐强酸、强碱。具有较好热稳定性和化学稳定性。这些独特性质使其成为新一代复合材料增强相之一[2]。

TiC属于面心立方晶型[3]，金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心，面中心的原子与四个角上的原子紧靠着。其熔点高（3140℃），硬度很大（3000HV）化学稳定性好。

在本研究中利用激光熔覆在Q235碳钢的表面合成TiC-CNTs陶瓷涂层。

1 试验材料和方法

实验基材采用Q235碳钢不锈钢，试样规格为100 mm×80mm×10mm，激光熔覆前先将试样表面进行喷砂处理，然后用无水乙醇清洗干净。

采用的激光工艺参数为：激光加工功率2500W，扫描速度1.2mm/s，光斑尺寸6mmx1.5mm，离焦量20mm。本实验采用同步送粉法制备熔覆涂层，通过送粉器向工作区域添加Ti和CNTs的混合粉末，保证CNTs：Ti的摩尔比为1：1.1。

2 实验结果分析

经过加工过后的涂层的宏观组织形貌如图1，可见其表面均匀无裂纹，产生形成了良好的陶瓷涂层。从外观上来看，组织均匀、无裂缝无凹陷，相对光滑平整。熔覆涂层与Q235基体结合良好，中间无分层，并且与基体相互渗透基本合为一体。为了进一步探究其涂层的质量，对其进行了微观形貌的观察。

利用电子扫描电镜观察到的陶瓷涂层如图2所示，从图中可以看出生成的涂层微观形貌分布较为均匀，并且展现了涂层与基体结合性能良好，并有TiC陶瓷颗粒的存在，这将会使得表面质量的各种性能大大提高。

2 结论

2.1 在合适的工艺条件下，利用同步送粉法可在Q235碳钢的表面生合成了TiC-CNTs陶瓷涂层。

2.2 无论从宏观还是微观来看，合成陶瓷涂层的质量都较好；涂层中部分布着大量的TiC陶瓷颗粒将会提高涂层的各种性能。

【参考文献】

[1]洪蕾，吴钢.激光制造技术基础[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.

[责任编辑：曹明明]