硬质合金基体上扩散火焰法沉积纳米复合碳材料研究

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1、摘要本文在对国内外燃烧火焰法沉积纳米碳材料研究现状调研的基础上，结合课题组近年来的研究工作，率先采用液态乙醇扩散火焰在YG6硬质合金表面上沉积出了纳米金刚石、纳米碳纤维、纳米碳管等高性能纳米复合碳材料。采用金相显微镜、SEM、XRD、Raman等手段重点评价了这些复合碳材料的形貌、组成和结构，初步探讨了乙醇扩散火焰法沉积纳米复合碳材料的形成规律以及不同的基体表面预处理方式对火焰法沉积产物的影响。燃烧装置选用普通实验室用酒精灯，沉积工艺为酒精灯灯芯露出灯嘴1om，灯芯头部到样品的垂直距离为4．5om，硬质合金基体放置在火焰内焰水平面的中心位置，预处理后的基体表面朝下正对火

2、焰，沉积时间分别为30min、60mill。实验结果均表明基体表面预处理方式对扩散火焰沉积纳米碳材料的形貌、组成、结构等具有显著影响。浸蚀法表面预处理是一种工艺简单、费用低廉且适合于批量生产的方法。对YG6硬质合金来说，未经任何处理的基体表面火焰法沉积产物主要为纳米晶石墨。经简单的一步法酸蚀脱Co后，不能有效、深入地除去基体表层的粘结相co，表面火焰法沉积产物主要为纳米金刚石和石墨的复合碳材料。经二步法酸碱浸蚀预处理(先用Murakami剂浸蚀WC相，再用酸浸蚀除Co相)后，表面火焰法沉积产物主要为晶形较好、产物较纯的球状纳米金刚石。为了提高扩散火焰法沉积产物(主要是碳

3、纳米材料)的产量及其与表面基体的结合力，通过中间层法的预处理方式在基体表面引入了一厚约为20tan的电镀纯镍层。在上述同样的火焰沉积工艺下，研磨态硬质合金表面直接镀镍预处理后，沉积产物主要为纳米碳纤维。研磨态硬质合金表面经稀硝酸浸蚀壤镍复合预处理后，沉积产物主要为管径更细的纳米碳管。关键词：硬质合金；乙醇扩散火焰法；纳米碳材料；表面预处理广东工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTNano-carboncompositematerialsofh曲propertiessuchasnano—diamond,carbonnanofibe硌andcarbonnanotubesh

4、avebeensynthesizedonYG6hardmetalsurfaceusingliquidethanoldiffusionnameoriginally．Themorphologies．compositionsandmicrostmctureswerecharacterizedviaoImcalmicroscope,SEM,XRDandRamanspectroscopy．Theformationrulesofthesenano-carboncompositematerialsdepositedinethanoldiffusionflameandtheeffect

5、sofvarious殴Iff函∞prelreetmentmethodsonn锄e-depositedmaterialswqfffeprimarilydiscussed．Inthepresentexperiment,acommonlaboratoryalcoholburnerWaSused勰thecombustionapparatustoprovideaflame，andtheverticalheightbetweenthetopofthe谢ckandthesamplewas4．5锄with1锄wickoutofthelampmouth,thepretreatedsubs

6、tratesurfacewasfaceddownagainsttheflamewhenitWasinsertedintothecentralcofeoftheinner丑arnefor30rainand60minrespectively．脚pingpretreatmentisfitforabatchproductionduetoitssimpleprocessandlowcost．ForYG6hardmet扎llano—crystallinegraphiteWasdepositedontheoriginalsubstrate．One-stepacidetchingcou

7、ldn'tremoveCoonthesubstratesurfaceeffectivelyanddeeply,theflame·-depositedmaterialsweremainlyllano—diamondandgraphite．Two-stepU'eatmentmethodcouldetchWCbyMurakamireagentfirstlyandthenetchCobyacid,sphericalnano-dlamondofhighqualityWasobtained．ApureplatingNilayerof20pindept