石墨烯、镍、纳米复合材料-为什么选择它们呢?
纳米复合材料
镍是一种重要的工业材料,镍基合金和镍基复合材料被广泛应用于各个工业领域。尤其是航空航天和化工领域,因为它们强度高、耐腐蚀性好和高温稳定性好。
石墨烯被认为是目前世界上强度最高的材料。它具有由单层碳原子组成的平面六边形结构,有优良的导电性、导热性、高杨氏模量和拉伸强度、高硬度和低密度等特性。而且,它的大规模生产成本要比碳纳米管低的多。这些优点使石墨烯成为理想的纳米复合材料增强体。镍和石墨粉的润湿性好,同时它也不易与碳元素反应生成稳定的碳化物相。
石墨烯-镍-纳米复合材料“试恋”-试炼
胡增荣等人借助激光烧结法,将石墨烯、镍、纳米复合材料完美的融合在一起,制备出石墨烯增强镍基纳米复合材料,预期其会有优异的机械性能、耐腐蚀性能以及硬度。
试验材料:(1)AISI4140(相当42CrMo)合金结构钢板材,大小:10×10×2.5(mm);(2)镍粉,平均颗粒直径小于1μm;(3)多层富羧基(COOHrich)石墨烯纳米片(平均尺寸小于2μm)。
试验方法:将镍粉、石墨烯和分散剂聚乙烯醇(PVA)按比例加入去离子水中,在120℃下,使用磁力搅拌器搅拌12h,制成溶液用于涂制样品。把预涂样件放到充满氮气的透明烧结盒中,用IPG光纤激光系统进行烧结,烧结工艺参数如下:频率50kHz,激光功率75W,光斑直径0.8mm,扫描速度2mm/s,扫描间距0.25mm。
石墨烯-镍-纳米复合材料的完美结合
(1) 石墨烯和基体镍有很强的界面结合强度,这更有助于石墨烯对基体进行强化;
(2) 在石墨烯-镍纳米复合材料变形时,石墨烯将会承担主要载荷,并且可以阻碍位错移动,从而提高材料的抗变形能力;
(3) 同时在激光烧结的快速熔凝过程中,硬质石墨烯片增加了熔池的晶核数量,增大了熔融金属的形核率,也使晶粒更加细化,实现强度提高;
(4) 添加5%石墨烯的激光烧结镍基复合材料维氏硬度的值约是激光烧结纯镍的3倍;
(5)石墨烯-镍纳米复合材料在酸性溶液中的长效抗腐蚀性能明显提高,好于激光烧结纯镍。
责任编辑:周娅
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