Deponering av grafenhaltiga beläggningar på stora ytor för olika funktionella tillämpningar
SEM-bild av ett lutande YSZ-GNP-prov sprayat med suspensions-plasma-sprayning (SPS). Där spröd fraktur inträffat finns det interkolonnära området med mest grafen-nanoplatelets (GNP) synligt.
SEM-bild av ett lutande YSZ-GNP-prov sprayat med suspensions-plasma-sprayning (SPS). Där spröd fraktur inträffat finns det interkolonnära området med mest grafen-nanoplatelets (GNP) synligt.
Resultat
Målet med projektet var att utveckla grafenhaltiga beläggningar genom termisk sprutning. Både ett metalliskt och ett keramiskt matrismaterial testades. De grafenhaltiga beläggningarna framställdes med olika spruttekniker (SPS, APS, HVOF och HVAF) och genom att använda materialblandningar samt en ny hybridmetod som möjliggör samtidig användning av pulver och grafensuspension.
Karakteriseringen av beläggningarna med SEM- och Raman-tekniker visade att grafen-nanoplatelets (GNP) framgångsrikt kunde införlivas i bägge matrismaterialen genom att användas som råvara i suspensionen. Dock blev GNP delvis agglomererade, vilket en mindre GNP-storlek möjligen kan förhindra. Tribologiska tester på beläggningarna med metallisk matris har visat potentialen för att uppnå bättre prestanda i beläggningar som innehåller grafen.
I de SPS-sprutade keramiska beläggningarna fördelades GNP över hela tvärsnittet av den kolumnära mikrostrukturen, men grafenet tenderade att företrädesvis förekomma i de interkolonnära luckorna. Värmebehandlingar och test med brännarrigg visade också att GNP i beläggningarna behöll sin strukturella integritet upp till 600°C. Eftersom beläggningens mikrostruktur kan varieras med sprayparametrarna, kan fördelningen av GNP kontrolleras och optimeras för olika funktionella tillämpningar.
Projektets mål, att införliva grafen i termiska spraybeläggningar, uppnåddes. Optimering av beläggningarna vad gäller grafeninnehåll och distribution krävs fortfarande.
Det fanns flera utmaningar och observationer som kommer att vara värdefulla för framtida termiska sprayexperiment med grafen och andra 2D-material, exempelvis i vilken utsträckning kulfräsning kan användas och hur den erforderliga viskositeten kan uppnås i suspensionen. En av de största utmaningarna ur bearbetningssynpunkt var att på ett tillförlitligt sätt introducera GNP-innehållande suspension under HVAF-sprutning på grund av det höga mottrycket och detta kommer att behöva åtgärdas i framtiden. Ett annat hinder var att mäta grafenhalten och distributionen i beläggningarna. Att samla erfarenhet och lösa dessa utmaningar kommer att bana väg för industriella tillämpningar av termiska spraybeläggningar med grafen och andra 2D-material (optimering av grafeninnehållet och inställning av lämplig mikrostruktur/porositet för respektive applikation).
