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本文首次采用超声振荡分散+选择性激光熔化(SLM)法制备石墨烯/Inconel718复合材料,对沉积态复合材料进行固溶处理(ST)、固溶+时效处理(SA)和直接时效热处理(DA)。在室温下,测试复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,并利用OM、XRD、SEM、Raman spectra和TEM对材料微观组织进行表征,研究热处理对3D打印石墨烯/Inconel 718复合材料组织与性能的影响规律,揭示石墨烯纳米片(GNPs)增强Inconel 718镍基高温合金的机理。主要得出以下结论:通过SLM法制备的沉积态GNPs/Inconel 718复合材料具有优异的力学性能和摩擦磨损性能。1.0Wt.%GNPs/Inconel 718复合材料的屈服强度、抗拉强度和维氏硬度比未添加GNPs的Inconel 718合金分别提高了42%、53%和34%,而其摩擦系数和磨损率分别降低了22%和66.8%。GNPs对复合材料的强化效果主要来源于位错增值,GNPs与基体结合面处晶格畸变,枝晶细化,位错绕过阻力,裂纹扩展受阻,载荷转移等。复合材料磨损抵抗力的提高是由GNPs强化了Inconel 718合金和在磨损表面形成了GNPs磨损保护层的综合作用所致,从而产生明显润滑效果。沉积态GNPs/Inconel 718复合材料经固溶热处理后发生再结晶行为,微观组织由细小枝晶转变为等轴晶,所以复合材料塑性提高。当固溶温度较低时(940℃和980℃),固溶态复合材料中析出少量颗粒状δ相。由于固溶温度较高,在固溶处理过程中GNPs与基体中强碳化物形成元素Ti和Nb发生反应生成碳化物[Nb,Ti]C,碳化物[Nb,Ti]C属于硬脆相,易发生与基体界面间的开裂和自身的碎裂,从而引发裂纹源出现,从而导致复合材料的屈服强度、抗拉强度和维氏硬度下降。经固溶后的GNPs/Inconel 718复合材料在时效热处理后,其屈服强度、抗拉强度和维氏硬度相比于沉积态GNPs/Inconel 718复合材料降低,但塑性提高。这是由于在固溶热处理阶段生成了碳化物[Nb,Ti]C,使得复合材料中的Nb和Ti元素大量减少,所以在时效热处理过程中没有足够的Nb元素和Ti元素析出γ′(Ni3(Al,Ti))和γ″(Ni3Nb)强化相所致。GNPs/Inconel 718复合材料在620℃和720℃单级时效以及720℃+620℃双级时效后的性能测试表明,620℃单级时效态GNPs/Inconel 718复合材料具有较高的屈服强度、抗拉强度和维氏硬度,620℃单级时效态0.25wt.%GNPs/Inconel718复合材料的屈服强度、抗拉强度和维氏硬度分别为1164Mpa、1400MPa和549HV,相比于沉积态复合材料分别提高了28%、10%和28%。由于620℃单级时效热处理工艺的温度较低,热处理过程中GNPs与基体未发生反应生成碳化物[Nb,Ti]C,从而保留了GNPs独特的二维结构,所以GNPs对GNPs/Inconel718复合材料产生强化效果;此外,复合材料经620℃单级时效热处理后析出γ″和γ′强化相,其通过阻碍位错运动达到强化作用。以上两方面因素使得620℃单级时效态复合材料的屈服强度、抗拉强度和维氏硬度达到最大值。因此,620℃单级时效是GNPs/Inconel 718复合材料的最优热处理工艺。