激光熔覆石墨烯增强金属基复合涂层摩擦学性能研究进展

摘要

金属基复合材料（metal matrix composites, MMC）因综合了金属相的延展性和增强相的高强度、高硬度等特性，在耐磨减摩领域具有较大应用潜力。传统的MMC硬质涂层主要通过提高增强相的含量来提高涂层的硬度和耐磨性，然而由于两相间理化性质差异较大，涂层内易产生较大的热应力或相变应力，导致涂层韧性下降，裂纹敏感性升高。与传统表面改性技术相比，激光熔覆（laser cladding, LC）使用高能激光束作为热源，涂层形成过程迅速，有利于获得细晶组织，降低涂层开裂敏感性。此外，石墨烯（graphane,Gr）因具有特殊的二维结构与优异的热学性能、力学性能以及自润滑性能，将其作为增强相加入金属基体中，可以形成多尺度结构涂层，在提升涂层硬度、改善减摩耐磨性能的同时，提高涂层的断裂韧性。因此本文以采用激光熔覆法制备石墨烯增强钛基、镍基、钴基复合涂层为主线，系统综述了石墨烯对金属基复合涂层微观组织演变和摩擦学性能的影响。本文首先概述了石墨烯的结构与性质，并针对石墨烯在基体中的分散难题，归纳了常用的制备激光熔覆用石墨烯材料的表面改性方法；介绍了目前采用激光熔覆法制备MMC耐磨涂层的研究现状，并归纳总结了石墨烯的减摩耐磨机理。最后提出LC加工制备Gr/MMC涂层过程中存在的若干难点，并对涂层制备工艺的进一步优化和石墨烯增强机理模型的构建进行了展望，以期为后续相关研究和实际应用提供参考。

关键词

激光熔覆 / 石墨烯 / 金属基复合材料 / 摩擦学性能