根據中國科學報，碳納米管（CNTs）是一種具有獨特管狀結構和優(you) 異力學、電學及化學性能的一維納米材料，是製備金屬基複合材料的理想增強體(ti) 。近日，廣東(dong) 省科學院智能製造研究所先進激光增材製造技術創新團隊在碳納米管增強激光熔覆高熵合金塗層技術研究方麵取得新進展。相關(guan) 研究發表於(yu) 《表麵和噴塗技術》。

本期穀.專(zhuan) 欄將對這一研究成果的核心內(nei) 容進行分享。

《表麵與(yu) 噴塗技術》

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論文深入研究了CoCrFeNi-CNTs塗層的顯微組織演變、耐磨性和強化機製。

▲論文 http://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0257897222001621?via%3Dihub

研究背景

根據中國科學報，目前，碳納米管增強金屬基複合材料仍主要采用冷壓燒結、攪拌鑄造、攪拌摩擦加工、粉末冶金、高壓扭轉、離子噴塗等技術製備。碳納米管的團聚問題始終是製約其工業(ye) 應用的主要原因之一，而球磨和超聲分散方法均存在對工藝參數要求嚴(yan) 苛、耗時耗能等問題。

研究人員針對CoCrFeNi-CNTs複合粉末製備、塗層微觀組織演變過程及摩擦磨損過程強化機理展開深入研究，利用自主開發的激光增減材係統成功製備出碳納米管增強的激光熔覆CoCrFeNi高熵合金複合塗層。

研究發現，通過優(you) 化機械混合粉末工藝實現碳納米管在粉末表麵的彌散附著，碳納米管的結構完整性得到保持；激光照射能量使多壁碳納米管的外部碳層結構分解，碳原子固溶分布在塗層內(nei) ，晶界形成層狀的(Cr, Fe)7C3-α共晶，固溶和析出強化作用使塗層的硬度水平提高40%以上；塗層摩擦磨損過程中，晶間碳化物共晶逐漸在磨損表麵沉積而形成致密的碳化物硬化層，提高塗層的耐磨損性能，磨損速率下降近80%。

3D科學穀了解到論文研究了碳納米管 (CNTs) 增強的激光熔覆間隙 CoCrFeNi 高熵合金塗層的效果和特性。為(wei) 了在熔覆前製備複合粉末，將碳納米管和預合金化 CoCrFeNi 粉末機械混合，無需球磨處理，結果是表麵上的碳納米管的微觀結構得到了很好的保護，不會(hui) 受到嚴(yan) 重的破壞。

論文評估了碳納米管 (CNTs) 增強對製備的間隙的微觀結構和磨損行為(wei) 的影響。結果表明，在CoCrFeNi-CNTs包覆層中發現晶間(Fe,Cr)7C3/α共晶物充分析出。與(yu) CoCrFeNi 塗層相比，CoCrFeNi-CNTs 塗層的硬度提高了 42.2%。耐磨性與(yu) 硬度呈正相關(guan) 。CoCrFeNi-CNTs塗層的磨損率（2.18 × 10-5 mm3·N-1·m-1）明顯低於(yu) CoCrFeNi塗層（10.54 × 10-5 mm3·N-1·m-1）。

磨損性能的提高源於(yu) 碳在晶粒上的固溶強化和(Fe,Cr)7C3碳化物在晶界上的析出強化。在磨損過程中，層狀（Fe，Cr）7C3/α共晶沉積在磨損表麵，最終形成碳化物硬化層結構，防止了CoCrFeNi-CNTs塗層的嚴(yan) 重磨損。

該研究解決(jue) 了傳(chuan) 統的fcc單相CoCrFeNi係列高熵合金耐腐蝕性優(you) 異但硬度和耐磨性能不夠理想的問題，促進該係列合金的工業(ye) 應用。