石墨烯含量对激光熔覆镍基熔覆层组织和性能的影响

单嘉禄，乌日开西·艾依提

石墨烯含量对激光熔覆镍基熔覆层组织和性能的影响

单嘉禄，乌日开西·艾依提

（新疆大学 机械工程学院，乌鲁木齐 830017）

研究石墨烯（Gr）含量对镍基熔覆层组织和性能的影响，通过分析Gr含量对复合熔覆层的影响规律来确定Gr的最佳添加含量，同时进行横向、纵向等2个方向上的摩擦磨损测试，以分析扫描方向对摩擦磨损性能的影响。采用预置粉末法制备石墨烯/镍基（Gr/Ni60）合金熔覆层，并针对Gr的质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.8%、1%的复合涂层进行物相检测、微观组织、显微硬度、摩擦性能等方面的分析。Gr的加入没有引起镍基熔覆层相组成的变化，主要组成相为γ−Ni、Cr7C3、Cr23C6。随着Gr含量的增加，复合涂层晶粒尺寸逐渐减小，晶粒明显细化，显微硬度由623.12HV逐步提升到828.65HV，横向磨损平均摩擦因数从0.65降至0.48，磨损率从7.5×10−5mm3/(N·m)降至3.6×10−5mm3/(N·m)。纵向磨损平均摩擦因数从0.70降至0.58，磨损率从5.7×10−5mm3/(N·m)降至4.5×10−5mm3/(N·m)。当Gr的质量分数为1%时复合涂层的晶粒尺寸与Gr的质量分数为0.8%时相比有所增加，且硬度和摩擦性能略有下降。当Gr的质量分数为0.8%时，复合涂层具有更好的晶粒结构、显微硬度和耐磨性，且横向摩擦性能优于纵向摩擦性能。在镍基熔覆层中添加Gr可以起到明显的强化作用，过量添加Gr会使熔覆层的显微硬度和摩擦性能下降，在添加Gr之前熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损，加入Gr之后磨损机制转变为黏着磨损和氧化磨损，并伴随磨粒磨损。

激光熔覆；石墨烯；Ni60；微观组织；显微硬度；摩擦性能

激光熔覆技术是一种综合了材料制备及表面改性的先进技术[1]，被广泛应用于航空航天、汽车、生物医疗等领域中耐磨和高强度表面的制备。镍基合金具有良好的理化性质，因而得到了广泛的应用[2]。由于单纯镍基合金很难适用于严重磨损环境，所以人们加入一些微米级的硬质颗粒来制备颗粒增强复合材料。这会导致裂纹和气孔的产生[3-4]，尤其是在大型的表面熔覆层，且优化工艺过程烦琐、成本高。目前，可采用多种技术制备复合涂层，如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、等离子熔覆、激光熔覆、微弧氧化等[5-9]。其中，激光熔覆技术具有高效、可与基体冶金结合等独特优势，已发展成为摩擦学和激光应用等领域比较超前的研究方向[10]。

纳米材料的发展为提高复合涂层的质量和性能提供了巨大的机遇。Gr中碳原子通过sp2杂化轨道键合，因而具备优异的电学性能、热学和力学性能[11]。此外，Gr的高比表面积使其在与基体材料结合时能形成更大的接触面积，从而提高了材料的结合强度[12-15]，且Gr的二维层状结构使层间易在剪切力的作用下滑动，在磨损表面形成润滑膜，有利于提高材料的耐磨性。基于以上优点，Gr被认为是材料较为理想的增强体[16-20]。近年来，人们对Gr金属基复合材料及其涂层进行了研究。Miao等[21]采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了氧化石墨烯（GO）钴基复合涂层，发现氧化石墨烯的质量分数为0.5%时涂层的性能相对最好，与纯钴基涂层相比硬度提高了32%，且涂层中发现了未溶解的GO薄膜，磨损率降低了66%。当GO的质量分数为1.4%时，由于过量GO的加入会降低涂层对激光的吸收率，从而影响涂层的微观组织，并且会使碳化物积累，导致涂层硬化，产生大的裂纹，耐磨性降低。 Zhao等[22]采用原位合成的方式制备了石墨/Ti6Al4V复合涂层，发现石墨的加入会增加磨损表面机械混合层（MML）的致密度，且原位生成的TiC抑制了MML中裂纹的扩展，提高了复合涂层的耐磨性。Zhang等[23]采用超声和湿法球磨相结合，在Ni60粉末表面原位合成了多层Gr，并制备了Gr/Ni60复合涂层，发现Gr在复合涂层中部分转变为类富勒烯结构，对复合涂层中第二相（碳化铬）有分散强化作用，使Gr/Ni60复合涂层表现出优异的摩擦学性能。Deng等[24]采用激光熔覆技术制备了镍包石墨烯纳米片（NiGNPs）增强IN625复合涂层，发现复合涂层具有更高的硬度，并且添加NiGNPs提高了涂层的导热系数，热影响区更小，此外摩擦因数和磨损率均降低，磨损性能得到大大改善。

以上研究表明，通过激光熔覆技术，Gr可以很好地与金属材料形成基体结合良好的复合涂层，且由于熔池中流体流动驱动力引起的对流搅拌效应会使石墨烯在熔池内溶解后均匀扩散，从而提高石墨烯/镍基复合涂层的表面质量[25]，且硬度和耐磨性均得到提升。关于Gr含量对采用激光熔覆技术制备Gr/Ni60复合涂层的影响的研究鲜有报道，此外因激光熔覆过程具有方向性，因此针对表面不同磨损方向上的摩擦磨损性能也鲜有研究。为了探究Gr含量对Ni60涂层性能的影响，以及不同磨损方向上复合涂层的摩擦磨损性能，文中拟采用预置粉激光法制备Gr增强Ni60涂层，分析Gr/Ni60复合涂层的显微组织，测试复合材料的显微硬度，系统研究高能激光作用下Gr含量对复合涂层不同方向上耐磨性的影响。

1 实验

1.1 材料

实验所选Ni60粉末的粒径为127～210 μm，成分（均用质量分数表示）：C 0.6%～1.0%，Cr 14%～17%，B 2.5%～4.5%，Si 3.0%～4.5%，Fe≤15%，余量为Ni。实验所选Gr粉末的粒径为5～8 μm，Gr粉末为比较典型的片层状形态。Ni60粉末和Gr粉末的微观形貌如图1所示。实验所用基体为Q235钢，尺寸为600 mm× 400 mm，成分（均用质量分数表示）：C 0.12%～0.2%，Mn 0.3%～0.7%，Si ≤0.3%，S ≤0.04%，P ≤0.04%，余量为Fe。实验前分别用200目、400目砂纸打磨基体，以清除铁锈和油污，打磨后使用无水乙醇擦拭基体表面。

1.2 方法

预置层试样编号和成分配比如表1所示。每组混合粉末的质量为100 g，将用超声分散仪分散8 h后的Gr粉末和Ni60粉末分别进行电热恒温干燥处理，干燥完成后使用KQM–Z/B型行星式球磨机混匀，球磨机的转速为360 r/min，球磨时间为2 h。使用羧甲基纤维素钠（CMC）作为黏结剂，制备混合预置粉末涂层，预置层的厚度为0.8 mm。将预置层烘干后在Q235基体（600 mm×400 mm）上构建Gr/Ni60复合层。通过工艺实验优化，得到了最佳工艺参数：激光功率为1 400 W，扫描速度为6 mm/s，搭接率为30%。实验中激光熔覆系统采用IPG公司的YLS–2000W光纤激光器。图2为试样示意图，熔覆高度为2 mm，长度为50 mm。此实验中，在激光熔覆时激光头从点出发沿箭头方向扫描完第1道回到点，再按照搭接率为30%移动至点，依次搭接形成涂层，且具有方向性。为了模拟工程中复杂的磨损环境，测试了2个摩擦磨损方向上的性能，纵向磨损方向定义为平行于激光扫描方向，横向磨损方向定义为垂直于激光扫描方向，分析在这种扫描策略下不同方向上的摩擦磨损性能是否具有差异性。

从涂层横截面上切取试样。利用X射线衍射仪（XRD）进行相鉴定，扫描角度为20°～80°。利用SUPRA–55VP扫描电镜（SEM）观察了涂层的横截面及磨损表面的微观结构。采用HXS–1000A硬度计，在载荷1.96 N、时间15 s下，检测熔覆层表面至基体的显微硬度分布，相邻点间距为0.1 mm。在RtecMF– 500摩擦磨损试验机上，将直径为4.75 mm的GCr15轴承钢球作为摩擦副，上样品（摩擦副GCr15）向下移动，接触到下样品后，压力传感器通过上样品施加恒定载荷（N），下样品以一定的频率（Hz）左右移动，冲程为（mm），经过一定的时间（min），上样品向上移动，离开下样品，测试完成。测试参数：法向载荷为5 N，磨损往复距离为3 mm，速度为2 mm/s，时长为30 min。摩擦因数采用常规法测量，二维力值传感器将实时记录载荷和上下样品之间发生相对运动而产生的摩擦力x，摩擦因数按式（1）计算。

=x/(1)

在室温干滑动磨损条件下对熔覆层进行了耐磨性试验，并测试了其磨损率和磨损体积，磨损率按式（2）计算。

图1 粉末颗粒的SEM形貌

表1 实验材料编号及成分配比

Tab.1 Experimental material number and composition ratio

图2 试样示意图

=Δ/(×) (2)

式中：为磨损率，mm3/(N·m)；Δ为磨损体积，mm3；为磨损过程中所加的载荷，N；为磨痕的长度，m。

在摩擦磨损试验后，用扫描电子显微镜观察了试样的磨损表面，通过分析表面的磨损形貌以揭示其磨损机理。

2 结果与分析

2.1 物相分析

不同Gr含量复合涂层的XRD衍射图谱见图3，可以看出添加Gr未改变熔覆层的相组成。通过对比标准PDF卡片，各涂层中的主要相组成仍为γ–Ni、Cr23C6、Cr7C3、C。其中，γ–Ni（111）峰强最高，表明这是晶界生长的择优取向。纯Ni60涂层碳化物的特征峰在45°、76°位置比较明显，添加Gr后，未检测到C的特征峰，在37°、44°、51°、76°均检测到碳化物的衍射峰。当Gr的质量分数为0.8%时，在76°左右的Cr7C3峰的强度最高。由于Gr具有较高的活性，极易发生溶解，从而与合金粉末中的铁、铬等元素构成碳化物相，并以碳化物的形式存在于熔覆层中，从而提高了涂层的性能。由于Cr7C3的硬度和韧性高于Cr23C6的[26]，所以当Gr的质量分数为0.8%时，其硬度要比其他Gr含量的涂层高，也表现出更好的耐磨性。此外，从图3可以看出，随着Gr含量的增加，衍射峰的宽度有变大的趋势，γ–Ni（111）晶面比较明显。通过谢乐公式=/(cos)可知，峰半高宽值越大，则晶粒在垂直于晶面方向的平均厚度就越小，且晶粒尺度越小，可见Gr具有降低熔覆层中γ–Ni晶体晶粒尺寸的效果。

图3 Gr/Ni60复合涂层的X射线衍射图谱

2.2 显微组织分析

不同Gr含量的复合涂层中部SEM截面形貌见图4。从图4可以看出，随着Gr含量的增大，晶粒尺寸呈现先减小后升高的趋势，在添加Gr之后平均晶粒尺寸分别为2.78、2.11、1.05、1.33 μm。这主要因为随着Gr含量的升高，会导致合金液相成分中碳元素的增加，在一定程度上影响了合金凝固的过程。在凝固过程中，会伴随着液相中溶质再分配的过程，碳元素的溶质分配系数小于1，在凝固过程中富集在固液界面液相的一侧。由于溶质富集区的存在，使液相的理论凝固温度发生变化，从而产生了成分过冷区。根据成分过冷理论[27]，成分过冷区的存在，使得凝固过程中平行推进的固液界面失稳，从而产生了枝晶。随着Gr含量的增加，会使更多有活力的碳原子富集在固液界面处，从而改变液相的成分，导致理论凝固温度发生变化，扩大了成分过冷区。成分过冷区的扩大会使晶粒的形核率及长大速度一同升高，但形核率的提升速率要远高于其长大速率，致使单位体积中晶核数目变多。由于长大空间较小，因而长成的晶粒就变得越细小。当Gr的质量分数为0.8%时，晶粒尺寸达到最小值。如果Gr的含量过高，则会进一步影响合金溶液的凝固过程，使相同温度梯度条件下熔池中的热量增多，激光束离开后，熔池的凝固冷却速度就越慢，形成的枝晶尺寸也越大。

图4 Gr/Ni60复合涂层中部SEM显微形貌

2.3 显微硬度分析

从涂层表面到底部，随着距离的增加涂层显微硬度的变化情况见图5。硬度分布区域可分为熔覆区（CL）、界面结合区（BZ）和热影响区（HAZ），这3个区域中熔覆层区的硬度值最高，且其最高硬度位于距表面0.5～0.8 mm的位置。界面结合区受到基体稀释率和平面晶的影响，硬度略有降低。在热影响区，基体温度较高。在这种高温环境下，由于表面不直接接触空气，温度梯度不高，在温度降低时，等同于一次淬火处理，材料得到淬火强化，所以在热影响区内显微硬度有轻微上升的趋势。不同Gr含量复合涂层的平均显微硬度分别为623.12HV、647.47HV、681.33HV、828.65HV、764.4HV，当Gr的质量分数为0.8%时，熔覆层区平均硬度为828.65HV，而纯Ni60涂层的平均硬度仅为623.12HV，相比之下硬度提升了约33%。这主要是因为Gr在熔覆层中引起晶体的晶格畸变，导致材料内能增高，微观应力增大，阻碍了位错滑移运动的变形，使材料强度、硬度显著提高。Gr添加量的增加会使熔池中游离态的C原子增加，并且这些C原子更倾向于与强碳化物Cr结合反应，生成Cr23C6和Cr7C3。此外，当加入Gr的质量分数为0.8%时，晶粒尺寸最小，硬质碳化物含量较多且分布均匀。根据上述XRD分析可知，当Gr的质量分数为0.8%时，在76°左右的Cr7C3峰的强度相对最高。由此可见，Gr的质量分数为0.8%时，熔覆层的平均硬度相对最高。

图5 Gr/Ni60复合涂层的显微硬度

2.4 摩擦性能测试分析

不同Gr含量的复合涂层横向、纵向的摩擦因数见图6—7，可以看出整个磨损过程分为3个阶段：第1阶段为跑合磨损阶段，在初期磨损时表面与摩擦副刚接触时，光滑表面遭到破坏且变得粗糙，摩擦因数上升较快，所以在初期摩擦因数不稳定且大幅波动，发生在摩擦刚开始的200 s内，表面发生了较大的磨损；第2阶段为过渡磨损阶段，摩擦因数在经过初期磨损后逐步趋于稳定，被控制在一个范围波动，发生时间为200～700 s；第3阶段为稳定摩擦阶段，此时摩擦副之间通过磨合，表面不像开始那样光滑，故磨损过程变得比较稳定，摩擦因数波动相对减小。由此，采用稳定磨损阶段的数值作为摩擦因数的数值，但在磨损后期横向摩擦因数有小范围的波动，主要原因是磨损类型的改变。此测试中将1 000～1 800 s所测得的瞬时摩擦因数的平均值作为该熔覆层的平均摩擦因数。从图7可以看出，纵向磨损时纯Ni60涂层稳定磨损阶段摩擦因数的波动范围高于其他涂层。添加Gr之后涂层的摩擦因数波动范围明显下降。通过计算，各个涂层稳定磨损阶段的平均摩擦因数分别为0.7、0.68、0.63、0.58、0.61，且摩擦因数的波动程度明显降低。由此可以看出，Gr的添加能够有效降低涂层的摩擦因数。反观横向摩擦因数（图6），平均摩擦因数分别为0.65、0.62、0.52、0.48、0.65。由于磨损方向垂直于熔覆方向，因此搭接界面处会对磨损产生一定的阻碍作用。横向摩擦因数的波动幅度明显高于纵向磨损方向的，但平均摩擦因数均低于纵向磨损时的平均摩擦因数。此时，纯Ni60涂层的波动幅度最大，随着Gr添加量的增加曲线波动幅度进一步减小。当Gr的质量分数为0.8%时，横向平均摩擦因数为0.48。可以得出，横向磨损比纵向磨损具有更低的平均摩擦因数。

图6 Gr/Ni60复合涂层横向摩擦因数

图7 Gr/Ni60复合涂层纵向摩擦因数

不同Gr含量的复合涂层磨损率及磨损体积见图8。从图8可以看出，无论是横向还是纵向，磨损率总是随着Gr含量的增加而下降，但横向磨损时磨损率的下降程度高于纵向磨损时的磨损率，当Gr的质量分数为1%时磨损率有一定的上升。纯Ni60涂层的横向磨损率为7.5×10–5mm3/(N·m)，当Gr的质量分数为0.8%时，横向磨损率达到最低值3.6×10–5mm3/(N·m)，横向磨损率降低了52%。纯Ni60涂层的纵向磨损率为5.7×10–5mm3/(N·m)，当Gr的质量分数为0.8%时，纵向磨损率为 4.5×10–5mm3/(N·m)，仅降低了约21%，当Gr的质量分数为0.8%时，纵向磨损率为最低值。2个摩擦方向的磨损体积具有同样的趋势，当Gr的质量分数为0.8%时横向磨损体积达到最小值(6.5×10–4mm3)，相较于横向磨损时Ni60涂层的磨损体积（13.5×10–4mm3）下降了约52%。当Gr的质量分数为0.8%时，纵向磨损体积仅降低了19%。由此可见，横向摩擦磨损性能的变化随着Gr含量的变化较为明显，且横向磨损时具有最低的磨损率和磨损体积，可见横向耐磨性优于纵向耐磨性。由图5可知，Gr的添加使熔覆层硬度升高，硬度的升高有利于熔覆层减磨耐磨性能的提高。进一步增加Gr的添加量会导致碳化物分布不均匀，从而导致其耐磨性降低。

纵向磨损表面SEM形貌见图9，纵向磨损表面白光干涉形貌见图10。从图9a、图10a中看出，当存在一个垂直于磨损表面的压力时，GCr15钢球在与涂层的相对运动过程中发生了犁削行为。当加入Gr后，磨损变得均匀，犁沟也不再明显，并开始出现层状物质。随着Gr添加量的增加，层状物的出现变得均匀，层状物质的元素映射图见图11，可以清晰地看出这种层状物质中氧元素聚集明显，同时含有少量的铬元素，并且铁、碳元素在该区域中分布均匀。结合XRD分析可知，这种层状物质中含有铁和铬的氧化物，且含有少量碳化铬。由此得出，这种层状物质为氧化与硬化的混合保护层。产生这种现象的原因：在熔覆过程中Gr的熔点较低，且碳原子活性高、扩散速度快。在高能激光照射下，Gr特殊的褶皱会加速碳原子的扩散和溶解，使涂层组织更加均匀化，提高了复合涂层的强度，且韧性也有一定程度的提升。纯Ni60涂层在进行摩擦磨损时，磨屑为小颗粒状，所以在磨损过程中形成了明显的犁沟，表明此时磨损类型为磨粒磨损。黏着现象是在一定压力和温度下发生的，加入Gr的复合涂层的导热率会升高，随着磨损的持续进行，摩擦副与表面持续摩擦会导致表面温度升高，磨屑转变为片状或小块状，磨损过程中产生的片状磨屑粘在磨损表面上，并被不断地氧化堆积并压平，导致黏着现象的发生。可判断此时磨损类型为黏着磨损，所以在熔覆层的磨损表面形成了这种混合保护层。在这种磨损情况下犁削状的沟槽仍然存在，并被层状物质切断，从而在宏观形态上形成间歇性犁削状沟槽与层状结构同时出现的形貌。在摩擦过程中，这种混合层有效地减小了摩擦副与涂层之间的表面接触，降低了复合涂层的磨损率，所以磨损机制随着Gr含量发生了变化，逐渐由磨粒磨损转变为黏着磨损，并伴随氧化磨损。这种混合保护层在摩擦过程中承担了很大的切应力，从而提升了复合涂层的摩擦磨损性能。

图8 Gr/Ni60复合涂层磨损率及磨损体积

图9 Gr/Ni60复合涂层纵向摩擦磨损表面SEM形貌

图10 Gr/Ni60复合涂层纵向摩擦磨损表面白光干涉形貌

图11 图9c中白色长方形区域元素映射图

横向磨损表面SEM形貌见图12，横向磨损表面白光干涉图见图13。随着Gr添加量的升高，犁沟变得不再明显，且当Gr的质量分数为0.8%时，表面磨损均匀，弥散在熔覆层内的碳化物形成了耐磨骨架，可以有效抵抗摩擦过程中的剪切力，没有出现明显的犁沟。Ni60+Gr（0.8%）复合涂层磨损表面下部形貌见图14。由图14a可知，在下部也出现这种保护层。当Gr的质量分数为1%时，磨损表面出现了剥落坑。这主要是由于周期性摩擦磨损过程中发生了塑性变形，且与保护层相间出现，表明此时磨损机制是由磨粒磨损逐渐转变为黏着磨损和疲劳磨损的混合磨损机制。此外，从图13a中可以看出，当Gr的含量为0时，磨损程度高于其他试样，并且磨痕表面窄而深；当Gr的质量分数超过0.5%时，磨痕表面虽然变宽，但是深度变浅，作为硬面涂层来说，窄而深的磨痕更容易引起工件出现因应力集中产生的缺陷，同时对于涂层较薄的基体，这种窄而深的磨痕会损害基体，从而导致基体被磨损，影响工件使用寿命。对比2个方向上Gr的质量分数为0.8%时的磨损表面形貌图发现，横向磨损的表面划痕窄而浅，而纵向磨损表面间歇性的犁削状沟槽要多些，结合2个方向上的磨损率和磨损体积来看，在横向磨损时涂层表现出较好的耐磨性和减磨性。

图12 Gr/Ni60复合涂层横向摩擦磨损表面SEM形貌

图13 Gr/Ni60复合涂层横向摩擦磨损表面白光干涉形貌

图14 Ni60+Gr(0.8%)涂层横向摩擦磨损表面下部SEM形貌

3 结论

研究了石墨烯（Gr）含量对镍基熔覆层物相组成、微观组织、显微硬度、摩擦磨损性能的影响，具体结论如下。

1）随着Gr添加量的增加，溶质发生富集，产生了成分过冷区，增大了形核率，从而使凝固组织细化。尤其是当Gr的质量分数为0.8%时，得到了分布均匀且细小的微观组织。

2）Gr的加入提高了复合涂层的显微硬度，尤其是Gr的质量分数为0.8%时的复合涂层硬度最高。当Gr的质量分数为1%时，复合涂层晶粒尺寸比质量分数为0.8%时有所增加，且硬度和耐磨性略有下降。

3）在该实验条件下，Gr的加入对复合涂层摩擦因数有明显的影响，Gr的加入能有效降低熔覆层的平均摩擦因数。当Gr的质量分数为0.8%时，横向平均摩擦因数低于纵向摩擦因数，且横向、纵向磨损率磨损体积均达到最小值，但横向磨损率与磨损体积均低于纵向磨损率和磨损体积。结合SEM磨损表面形貌图分析发现，0.8%是Gr的最优含量，横向耐磨性比纵向耐磨性更好。

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Effect of Graphene Content on Microstructure and Properties of Ni Based Laser Cladding

,

(College of Mechanical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830017, China)

The work aims to study the effect of graphene (Gr) content on the microstructure and properties of Ni based laser cladding, and therefore determine the optimal Gr content. Besides, the work analyzes the influence of the scanning direction on the friction and wear properties by conducting friction and wear tests in transverse and longitudinal directions. Graphene Ni-based composite (Gr/Ni60) coatings were prepared by preset powder method with such GrGr mass fractions as 0%, 0.3%, 0.5%, 0.8% and 1%, and therefore such aspects as phase detection, microstructure, microhardness, and friction properties were analyzed. The results showed that the addition of graphene did not transform the phase components of the Ni-based cladding, which mainly include γ-Ni, Cr7C3,and Cr23C6. With the raise of Gr content, the grain size of the composite coating decreased, that is, the grain is obviously refined, the microhardness increased gradually from 623.12HV to 828.65HV, the average friction coefficient of transverse wear decreased from 0.65 to 0.48, and the transverse wear rate decreased from 7.5×10−5mm3/(N·m) to 3.6×10−5mm3/(N·m). Meanwhile, the average friction coefficient of longitudinal wear decreased from 0.70 to 0.58 and the longitudinal wear rate decreased from 5.7×10−5mm3/N·m to 4.5×10−5mm3/(N·m). When the Gr content was 1wt.%, the grain size of the composite coating was larger than that of 0.8wt.%, and the microhardness and tribology properties decreased slightly. When the Gr content was 0.8wt.%, the composite coating had more excellent grain structure, microhardness and tribology properties. At the same time, the transverse tribology properties were better than longitudinal tribology properties. The addition of graphene in the Ni based cladding plays a very good strengthening role, but excessive addition of graphene will reduce the micro-hardness and tribology properties of the cladding. Besides, the wear mechanism of the cladding before adding graphene is mainly abrasive wear. After adding graphene, it changes to adhesive wear and oxidative wear simultaneously accompanied by abrasive wear.

laser cladding; graphene; Ni60; microstructure; microhardness; tribology properties

TG174.4

A

1001-3660(2022)07-0420-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.042

2021−08−03；

2021−12−23

2021-08-03；

2021-12-23

新疆维吾尔自治区天山青年计划（2017Q015）

Tianshan Youth Program in Xinjiang Uygur Autonomous Region (2017Q015)

单嘉禄（1997—），男，硕士，主要研究方向为激光熔覆技术。

SHAN Jia-lu (1997-), Male, Master, Research focus: laser cladding.

乌日开西·艾依提（1972—），男，博士，教授，主要研究方向为增材制造技术。

AIYITI Wurikaixi (1972-), Male, Doctor, Professor, Research focus: additive manufacturing technology.

单嘉禄, 乌日开西·艾依提. 石墨烯含量对激光熔覆镍基熔覆层组织和性能的影响[J]. 表面技术, 2022, 51(7): 420-429.

SHAN Jia-lu, AIYITI Wurikaixi. Effect of Graphene Content on Microstructure and Properties of Ni Based Laser Cladding[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 420-429.

责任编辑：彭颋