[發明專利]一種激光制備非晶與碳基納米相增強復合材料的方法

有效

• 申請號: 201911247175.1
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN111020562B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 李嘉寧;蘇沫林;李亞江
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/07;C22C32/00
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本發明公開了一種激光制備非晶與碳基納米相增強復合材料的方法。在TA15鈦合金表面制備Co?Al?B₄C?CeO₂預置層，后激光熔覆處理形成Co基復合材料；后在所形成Co基復合材料表面設置Co?Al?B₄C?CeO₂?(MGOSs/CNTs)預置層，再次進行激光熔覆處理形成（MGOSs/CNTs）增強Co基復合材料，且由于激光束能量分布不均，部分未熔MGOSs/CNTs存在于Co?Al?B₄C?CeO₂?(MGOSs/CNTs)復合材料中，研究表明MGOSs/CNTs添加可有效增強激光熔覆復合材料的磨損性能。本發明能在TA15鈦合金表面獲得具有極強耐磨性的復合材料。關鍵詞：氧化石墨烯；復合材料；碳基納米相；激光加工。

技術領域

本發明涉及一種激光制備非晶與碳基納米相增強復合材料的方法，屬于材料表面強化技術領域，特別涉及一種在鈦合金表面通過激光熔覆（LC）制備單層氧化石墨烯片（MGOSs）與碳納米管（CNTs）增強Co基復合材料的方法。

背景技術

鈦合金由于輕量化及良好的腐蝕性能，在航空航天、增材制造等工業領域得到廣泛應用，但其較差的耐磨性限制其應用范圍。LC是一種利用高能激光束對合金表面進行強化的技術，具有快速冷卻特點，利于形成性能優異的納米材料，從而強化合金的表面性能，所制備復合材料具有均勻致密組織結構及較低稀釋率。Co及其合金具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和高硬度，Co可促使激光熔池中非晶相形成，被廣泛應用于表面強化領域。適量稀土氧化物添加可有效細化LC復合材料組織結構，減弱枝晶生長方向性，得到均勻致密的熔覆層組織。碳基納米材料主要包括：CNTs、碳納米纖維、MGOSs、碳納米球等，具有優異的光學、電學、力學特性，在微納加工、能源及生物醫學等方面具有非常重要的應用前景。

發明內容

基于上述科學原理，本發明依據激光束處理鈦合金表面形成高溫熔池快速冷凝特性，提出一種通過LC制備非晶與碳基納米相增強復合材料的方法。

在TA15鈦合金表面制備Co-Al-B₄C-CeO₂預置層，用LC處理后形成Co基復合材料；后在所形成復合材料表面涂覆Co-Al-B₄C-CeO₂-(MGOSs/CNTs)預置層，再進行LC處理，形成MGOSs/CNTs增強Co基復合材料。

Co-Al-B₄C-CeO₂LC復合材料具有無明顯缺陷的組織結構（見圖1a）；大量具有較高硬度的棒狀Ti-B陶瓷相產生于該復合材料中（見圖1b）。

圖2a所示，高分辨透射電鏡（HRTEM）像證實，CNTs存在于Co-Al-B₄C-CeO₂-(MGOSs/CNTs) LC復合材料中，這主要歸因于激光束能量分布不均，導致部分CNTs未完全熔化。此外，由于激光熔池急速冷凝特性，非晶相產生于該復合材料中，還包含部分未熔MGOSs（見圖2b）；如圖2c所示，該復合材料摩擦體積明顯小于Co-Al-B₄C-CeO₂ LC 復合材料，表明MGOSs/CNTs添加可有效增強其磨損性能。

綜合分析，本發明采用LC技術，針對鈦合金表面耐磨性較差缺點，在TA15鈦合金表面制備Co-Al-B₄C-CeO₂-(MGOSs/CNTs)復合材料。

具體步驟：

1）在LC之前，將TA15鈦合金表面用砂紙打磨平整，后用體積百分比25%硫酸水溶液對該表面進行清洗，酸洗時間5 min；再用清水沖洗，后用酒精將待熔工件表面擦拭干凈，再吹干；