超音速激光沉积增材制造CNTs/Cu复合材料微观结构及力学性能研究

目的研究超音速激光沉积增材制造CNTs/Cu复合材料的微观结构及力学性能。方法对CNTs进行表面镀铜处理,提高它与Cu黏接相之间的润湿性,增强CNTs/Cu之间的界面结合,利用超音速激光沉积技术(Supersonic Laser Deposition,SLD)增材制备不同CNTs含量的CNTs/Cu复合材料,对比研究了CNTs含量和退火温度对CNTs/Cu复合材料微观结构及力学性能的影响规律,并采用能谱仪对拉伸断口微区进行元素分析测定。结果SLD制备的CNTs/Cu复合材料具有优异的塑性变形能力,而强度较高的CNTs通过嵌入铜粉颗粒之间的缝隙提升了沉积质量。对复合材料微观组织进行表征发现组织无明显孔隙、致密性良好,且无烧蚀现象。CNTs的加入有效提高了CNTs/Cu复合材料的抗拉性能,并且随着CNTs含量的上升,CNTs/Cu复合材料的极限抗拉强度(Ultimate Tensile Strength,UTS)稳步上升;当CNTs质量分数为0.3%时,CNTs/Cu复合材料的UTS为36.33MPa,是CNTs质量分数为0.05%时的1.35倍。随着退火温度的升高,CNTs/Cu复合材料的UTS表现为先增大后减小的趋势,在500℃时UTS达到最大值。结论由于激光加热软化的效果与表面镀铜的包覆作用,CNTs能够均匀地分布在CNTs/Cu复合材料内部,同时明显增强复合材料内部颗粒的界面结合强度,后续的热处理有助于使材料从不稳定的机械结合逐步转换为冶金结合,显著提高复合材料的抗拉性能。

球磨CNTs/Cu复合粉末的激光辅助低压冷喷涂沉积特性及耐磨损性能研究

利用高能球磨法制备CNTs/Cu复合粉末,通过激光辅助低压冷喷涂技术在铜基体上实现球磨CNTs/Cu复合粉末的有效沉积,并对复合粉末及涂层的微观形貌、结构、元素分布及耐磨损性能进行表征。结果表明:高能球磨法能使CNTs均匀分散并嵌入塑性变形的铜粉中形成CNTs/Cu复合粉末;CNTs含量较高时,CNTs/Cu复合涂层沉积效率降低且存在孔隙和表面凹坑缺陷;复合涂层的磨痕相较于纯铜涂层更光滑,且复合涂层为粘着磨损和磨粒磨损的混合机制。

激光辅助低压冷喷涂表面金属化CNTs/Cu复合涂层

采用激光辅助低压冷喷涂技术在Cu基体上制备表面金属化CNTs(Ni-Cu-CNTs)/Cu复合涂层,研究了复合涂层的微观特性以及耐磨损性能。研究结果表明,在激光辐照的作用下,Ni-Cu-CNTs增强相和Cu黏结相由于受热软化均发生了明显的塑性变形,Ni-Cu-CNTs颗粒嵌入到塑性变形的Cu颗粒中形成连续致密且结合良好的复合涂层,复合涂层的厚度可达2609μm,CNTs弥散均匀分布在复合涂层中且保持其结构的完整性。添加Ni-Cu-CNTs的复合涂层表现出优异的耐磨损性能,平均摩擦系数可降低至0.385,体积磨损速率降至1.49×10^(-4)mm^(3)/(N·m)。复合涂层中的Ni-CuCNTs增强相一方面通过承受磨球对涂层表面的载荷力,减少了涂层磨损,另一方面随着磨损过程的进行,Ni-Cu-CNTs从涂层中脱离到涂层表面形成润滑层,降低了涂层的摩擦系数,从而提高复合涂层的耐磨损性能。

超音速激光沉积镀铜CNTs/Cu复合涂层微观结构及耐磨损性能

采用超音速激光沉积技术(Supersonic laser deposition,SLD)在Cu基体上制备CNTs/Cu复合涂层以提高其耐磨损性能,利用化学镀对CNTs表面进行了表面镀铜处理,在CNTs表面获得了均匀分布的纳米Cu颗粒镀层。对复合涂层的截面形貌、微观结构、磨损性能及机制等进行了分析,结果表明,由于在冷喷涂(CS)过程中同步引入了激光辐照对Cu粘结相进行加热软化,SLD制备的CNTs/Cu复合涂层具有较高的沉积效率和致密性。得益于表面铜镀层的缓冲作用,CNTs在沉积过程中保持了其结构的完整性,在复合涂层中均匀分布且与Cu粘结相结合良好。表面镀铜CNTs的添加使复合涂层具有较低的摩擦因数、磨痕宽度和深度,呈现出较好的耐磨损性能。纯铜涂层的磨损机制为粘着磨损,而CNTs/Cu复合涂层则呈现出粘着磨损与磨粒磨损共存的机制。