【摘要】：高速重載列車在運(yùn)行制動過程中產(chǎn)生的巨大摩擦力和熱量將導(dǎo)致制動盤產(chǎn)生大量的損耗和裂紋從而縮短使用壽命,這將大大增加運(yùn)營成本,因此對制動盤的表面改性尤為重要。本文運(yùn)用激光熔覆技術(shù),使用同步送粉的方式在45鋼表面制備了CNTs/Si C/Ni復(fù)合涂層,主要對碳納米管的純化、復(fù)合粉末的球磨、激光工藝參數(shù)以及碳化硅和碳納米管的含量進(jìn)行研究,通過對涂層的顯微組織、摩擦系數(shù)、磨損量和硬度的分析,探索了碳納米管的增強(qiáng)機(jī)理,得出以下結(jié)論:(1)隨著硝酸回流的時間增加,碳納米管的純化和分散明顯改善。當(dāng)回流時間為9h時,CNTs分散最均勻,失重比為18.4%。損失的質(zhì)量主要為雜質(zhì)粒子和碳納米管壁缺陷處的碳原子,碳納米管管壁出現(xiàn)大量的羥基和羧基官能團(tuán),有利于加強(qiáng)碳納米管的活性。隨著回流時間的延長,碳納米管分散增加,但硝酸對碳納米管過度氧化,導(dǎo)致CNTs大量的斷裂,碳納米管管壁變薄嚴(yán)重。(2)隨著球磨轉(zhuǎn)速的提高,粉末分散呈先變好后變差的趨勢。當(dāng)球磨轉(zhuǎn)速為300r/min時,粉末分散最均勻,碳納米管損傷最小,且碳納米管未出現(xiàn)分層團(tuán)聚。但轉(zhuǎn)速過低,粉末團(tuán)聚嚴(yán)重;轉(zhuǎn)速過高,碳納米管被大量的切斷,導(dǎo)致碳納米管結(jié)構(gòu)完整性被嚴(yán)重破壞。(3)當(dāng)碳化硅含量為15%時,熔覆層組織形貌達(dá)到最優(yōu)值,且硬度和耐磨性也最好,硬度為394.6HV_(0.2),為基板的1.6倍;磨損量最小僅為0.0368g。當(dāng)碳納米管為16%vol時達(dá)到最佳,熔覆層晶粒大小最為均勻,碳納米管分布在晶界處。涂層機(jī)械性能最好,硬度為446.5HV_(0.2),為基板的2.2倍,摩擦系數(shù)穩(wěn)定為0.149。碳納米管含量繼續(xù)增加則出現(xiàn)團(tuán)聚,涂層的表面出現(xiàn)燒損、顯微組織粗大、出現(xiàn)氣孔和孔洞、且性能也變差。(4)隨著激光功率、掃描速度、送粉速率和氣流量的增加,涂層的組織和性能都呈現(xiàn)先變好后變差的趨勢。當(dāng)激光功率為1400W,掃描速度為250mm/min,送粉速率為30g/min,氣流量為4L/min時,熔覆層的表面光滑、連續(xù)完整、組織均勻致密,與基板的結(jié)合良好,性能最佳。
[Abstract]:The huge friction and heat generated by the high-speed and heavy-duty train during the braking process will lead to a large number of losses and cracks in the brake disc, which will shorten the service life, which will greatly increase the operating cost. Therefore, the surface modification of the brake disc is particularly important. In this paper, laser cladding technology was used to prepare CNTs/Si C/Ni composite coating on 45 steel surface by simultaneous powder feeding. The purification of carbon nanotubes and ball milling of composite powder were carried out. The laser processing parameters and the content of silicon carbide and carbon nanotubes were studied. By analyzing the microstructure, friction coefficient, wear and hardness of the coatings, the strengthening mechanism of carbon nanotubes was explored. The conclusions are as follows: (1) the purification and dispersion of CNTs were improved with the increase of nitric acid reflux time. When the reflux time was 9 h, the dispersion of CNTs was the most uniform, and the weight loss ratio was 18.4%. The loss of mass is mainly due to the impurity particles and carbon atoms in the wall defects of carbon nanotubes. A large number of hydroxyl and carboxyl functional groups appear in the wall of carbon nanotubes, which is beneficial to the enhancement of the activity of carbon nanotubes. With the prolongation of reflux time, the dispersion of CNTs increased, but the excessive oxidation of nitric acid on CNTs resulted in a large number of fracture of CNTs, and the wall of CNTs became thinner. (2) with the increase of milling speed, the carbon nanotubes (CNTs) became thinner. The powder dispersion showed the trend of first improving and then getting worse. When the milling speed is 300r/min, the powder dispersion is the most uniform, the damage of carbon nanotubes is the least, and there is no stratification agglomeration of carbon nanotubes. But the rotate speed is too low, the powder reunite seriously; When the rotation speed is too high, the carbon nanotubes are cut off by a large amount, resulting in serious damage to the structural integrity of carbon nanotubes. (3) when the silicon carbide content is 15%, the microstructure morphology of the cladding layer reaches the optimal value, and the hardness and wear resistance of the cladding layer are also the best. The hardness is 394.6 HV0.2, which is 1.6 times of that of substrate. The minimum amount of wear is 0.0368 g. When the carbon nanotubes are 16%vol, the grain size of the cladding layer is the most uniform, and the carbon nanotubes are distributed at the grain boundary. The mechanical properties of the coating are the best, the hardness is 446.5 HV0.2, which is 2.2 times that of the substrate, and the friction coefficient is 0.149. If the content of carbon nanotubes continues to increase, agglomeration will occur, the surface of the coating will be burned out, the microstructure is coarse, the pores and voids appear, and the properties of the coatings will become worse. (4) with the increase of laser power, scanning speed, powder feeding rate and gas flow rate, the coating surface will be agglomerated. The microstructure and properties of the coatings show the trend of first improving and then worse. When the laser power is 1400W, the scanning speed is 250mm / min, the rate of powder feeding is 30g / min and the gas flow rate is 4L/min, the surface of the cladding layer is smooth, continuous and intact, the microstructure is uniform and dense, the bonding with the substrate is good, and the performance is the best.
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U270.35;TG174.4

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本文編號：2466986