电沉积法制备Ni-GO复合镀层的工艺及力学性能研究

发布时间：2021-01-17 10:50

　　采用电沉积方法制备了镍-氧化石墨烯（Ni-GO）复合镀层,采用SEM、XRD分析了NiGO复合镀层的表面形貌、组织结构和组分含量,研究了氧化石墨烯浓度、沉积电流密度和温度对复合镀层微观结构的影响规律,并对镀层的力学性能进行了测试分析。结果表明,在沉积电流密度2 A/dm2、氧化石墨烯浓度0.2 g/L、沉积温度50℃的工艺条件下,制备出了石墨烯在镍基体中均匀分布的镀层,制备的复合材料显微硬度达到了600 HV,约为纯镍的2倍。XRD测试结果表明加入的氧化石墨烯改善了材料的晶粒尺寸分布,抑制了镍的生长且细化了晶粒,从而提高了复合材料的力学性能。 

【文章来源】：电镀与精饰. 2020,42(08)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同沉积电流密度制备的Ni-GO复合镀层的表面形貌

图2为不同电流密度下制备的复合镀层的硬度。可以看出，随着电流密度的增加，镀层的硬度呈现先增长后减小的趋势，从最开始的320 HV增加到最大值550 HV，然后降低到420 HV。Ni-GO复合镀层的硬度相比于纯镍提高了近一倍。材料的硬度主要受到晶粒尺寸、材料致密度等因素的影响，通常认为晶粒尺寸越小硬度越大。在小电流密度下，随着电流密度的增加，镀层中石墨烯含量也随之增加，晶粒得到了一定程度的细化，从而提高镀层的硬度。进一步增大电流密度时，石墨烯发生了明显的团聚，晶粒尺寸变大，硬度下降且镀层质量变差。因此，选择Ni-GO复合材料的电沉积电流密度为2.0 A/dm2。2.1.2 氧化石墨烯浓度对Ni-GO复合镀层的影响

图3所示为沉积电流密度2 A/dm2、沉积温度50℃时，不同氧化石墨烯浓度下制备的Ni-GO复合镀层的表面形貌。可以明显地看出，石墨烯/镍基复合材料的表面形貌与纯镍的表面形貌有较大的差异，加入石墨烯后，Ni-GO复合镀层的表面形貌发生了显著改变，表面有鼓包和凸起的产生，粗糙度增加。石墨烯浓度从0.1 g/L增加到0.2 g/L时，Ni-GO复合镀层表面的鼓包和凸起的数量不断增加，且这种突起是一层一层生长，呈花苞状，石墨烯呈片状覆盖在镍基体中。当石墨烯浓度达到0.4 g/L时，镀层表面开始出现大量不规则、镂空的团聚体，表明石墨烯由于团聚作用，以团簇的形式附着在基体材料的表面，没有更好地与基体材料相结合，会对复合材料的性能带来不利的影响。图4为不同氧化石墨烯浓度下制备的Ni-GO复合镀层的硬度。可以看出，Ni-GO复合镀层的显微硬度随着电镀液中石墨烯浓度的增加呈现先增大后减小的趋势。随着石墨烯浓度的提高，Ni-GO复合镀层的显微硬度从280 HV增大到602 HV，在石墨烯浓度0.2 g/L时达最高。氧化石墨烯浓度继续增加，Ni-GO复合镀层的显微硬度开始下降。复合镀层显微硬度的提高，一方面是由于镍基体中较高的碳含量作为增强剂，其主要作用是减小晶粒尺寸并产生晶粒增强机理；另一方面在镍基体中加入氧化石墨烯作为纳米填料，当显微硬度计的压头压到复合材料的表面上时，石墨烯可以分散一部分的载荷，同时可以有效地抑制其在基体中的位错滑动。除此以外，引入的石墨烯增强相在减小晶粒尺寸的同时会产生更多的晶界，阻碍位错运动和塑性变形，使得引起的再结晶行为提高了Ni-GO复合镀层的显微硬度。当石墨烯浓度高于0.2 g/L时，镀层材料的显微硬度值开始呈现下降趋势，造成这种现象的原因可能是因为石墨烯含量过高，导致石墨烯在复合材料中更容易发生团聚，石墨烯对镍晶体位错运动的抑制作用减弱。因此，氧化石墨烯浓度选择为0.2 g/L。

【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯复合材料的研究进展[J]. 匡达,胡文彬.  无机材料学报. 2013(03)
[2]微电铸器件铸层均匀性的研究[J]. 杜立群,刘海军,秦江,朱神渺.  光学精密工程. 2007(01)
[3]电化学制备Ni-Cu/Cu超晶格多层膜[J]. 喻敬贤,陈永言,黄清安,杨汉西.  武汉大学学报(自然科学版). 1998(06)
[4]用电沉积方法制备纳米迭层薄膜材料[J]. 张连宝,卢荣玲,吴鸣鸣.  北京工业大学学报. 1998(02)



本文编号：2982732