石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

石墨烯具有超高的比表面积和优异的力学性能, 是铜基复合材料理想的增强体。传统的粉末冶金工艺很难解决石墨烯在铜基体中的分散问题, 以及石墨烯与铜基体结合性差的难题。随着近些年研究者对石墨烯-铜界面问题深入的探索, 一些新的制备工艺不断出现。本文系统地介绍和对比了近几年石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺, 概述了关于石墨烯/铜复合材料力学性能的研究进展, 总结了石墨烯增强铜基复合材料力学性能的机理, 并对未来石墨烯增强铜基复合材料的研究重点进行了展望。     

含石墨烯胞室结构的铜复合材料及其耐腐蚀性能

目的 开发一种石墨烯在铜基复合材料中的均匀分散结构,制备出兼具高导电和强抗刻蚀性能的石墨烯/铜复合材料。方法 采用化学气相沉积原位生长法结合分散剂工艺,制备分散均匀石墨烯/铜基粉体复合材料。利用制备的石墨烯/铜粉体材料,采用真空热压工艺,制备了石墨烯/铜块体材料,然后用拉曼光谱、X射线粉末衍射仪和金相显微镜,考察石墨烯/铜试样的质量和形貌,最后用数字便携式涡流电导仪测量其电导率。利用自主设计的石墨烯/铜在过硫酸铵中刻蚀的实验装置,测试石墨烯/铜的抗刻蚀性能。结果 利用石墨烯/铜粉体制备的石墨烯/铜块体和铜具有相同的(111)、(200)和(220)晶面,多层石墨烯以立体胞室结构均匀分布在铜晶粒的晶界处。石墨烯/铜块体的导电率为96%IACS,明显优于文献报道的以其他方法制备的石墨烯/铜块体,并且在过硫酸铵溶液中浸泡90 min后,石墨烯/铜块的质量损失为126.6 mg, 石墨烯/铜比纯铜的抗刻蚀能力提高了37.6%,具有比铜更强的抗刻蚀性能。结论 以CVD原位生长法和真空热压法制 备的石墨烯/铜复合材料,石墨烯以立体胞室结构均匀分散在铜界面处,并且兼具高的导电性和强的抗刻蚀性能。     

耐磨耐蚀Fe基激光熔覆层的组织和性能研究

目的 采用同步送粉激光熔覆技术制备兼具耐磨与耐蚀性能的Fe基熔覆层,获取熔覆层的物相组织、硬度与耐蚀性,并研究热处理对熔覆层性能的影响。方法 采用Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末,在304不锈钢基体上制备Fe基耐磨耐蚀熔覆层,并模拟淬火加高温回火的热处理工艺,进行熔覆层热处理试验。采用XRD、SEM表征熔覆层的物相组成和微观组织,采用显微硬度计测试熔覆层的硬度,通过极化曲线和阻抗谱对熔覆层的电化学腐蚀性能进行测试。结果 所制备的激光熔覆层同基体具有良好的冶金结合,熔覆层物相包含奥氏体g相、马氏体α''相和Cr23(C,B)6相。熔覆层的微观组织为亚共晶结构,由尺寸细小的树枝晶和枝晶间层片状共晶组织构成,热处理后还形成了大量微纳尺度的析出相。激光熔覆层的硬度相对于基体硬度提高了2.5~2.7倍,热处理后试样最高硬度达521.4HV。激光熔覆层的自腐蚀电位为−0.428 V,腐蚀电流密度为1.41×10⁻⁵ A/cm²,热处理后的熔覆层自腐蚀电位降低,腐蚀电流密度增大,阻抗值明显减小,耐蚀性降低。结论 利用激光熔覆Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末可制备致密、无缺陷的Fe基熔覆层,细晶强化以及大量硬质共晶组织的存在使熔覆层的硬度得到显著提升。高Cr、Ni含量保证了熔覆层具有良好的耐蚀能力,淬火加高温回火的热处理工艺使熔覆层的硬度提升,但耐蚀能力有一定程度的下降。该Fe基熔覆层在耐磨耐蚀涂层技术领域具有较好的应用前景。