超临界石墨烯脉冲复合电沉积工艺研究
本文关键词: 超临界CO_2流体 石墨烯 复合电沉积 脉冲电沉积 显微硬度 耐磨性 出处:《江苏理工学院》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:石墨烯因其独特的二维晶体结构,使其具有众多的优异性能。金属基石墨烯复合材料具有较高的显微硬度和耐磨性,在材料领域具有重大的研究意义。目前金属基石墨烯复合材料主要是通过压制的方法在高温条件下将石墨烯纳米薄片与基体材料复合制备而成,存在石墨烯结构因受到压制机械力而易破坏现象,影响复合材料组织结构和力学性能。以石墨烯纳米薄片作为复合电沉积层的第二相,采用电沉积方法制备金属基石墨烯复合材料,可以避免破坏石墨烯结构。传统复合电沉积过程中,第二相易团聚,电沉积层表面粗糙,析氢严重。针对此现象,本文将超临界CO_2流体(SCF-CO_2)的高度传质性和扩散性特性与脉冲复合电沉积技术有机结合,开展超临界石墨烯脉冲复合电沉积技术研究,细化复合电沉积层晶粒,提高石墨烯嵌入量和分布均匀性,制备高性能复合电沉积层。重点研究平均电流密度、占空比和频率对复合电沉积层微观组织结构和力学性能的影响规律,并与普通常温、常压条件下制备的复合电沉积层进行对比,研究探讨超临界条件对复合电沉积的影响机理,提出了一套优异的制备镍基石墨烯复合电沉积层的技术工艺。主要研究内容如下:1.研究了超临界状态下,脉冲电沉积镍基石墨烯复合电沉积层的工艺方法。通过正交试验获得各电参数对复合电沉积层显微硬度的影响顺序:平均电流密度频率占空比;最佳工艺组合为平均电流密度6A·dm-2,频率1500Hz,占空比0.2。2.通过单因素试验,研究分析各电参数对石墨烯复合电沉积层性能的影响规律。(1)平均电流密度。随着平均电流密度的增大,复合电沉积层微观组织致密度、显微硬度和耐磨性均呈现先上升后下降的趋势,在平均电流密度为6A·dm-2时,电沉积层微观组织致密、石墨烯含量多、分布均匀,显微硬度和耐磨性达到最大;(2)占空比。占空比为0.25时,复合电沉积层晶粒细小、致密,石墨烯嵌入量多、分布均匀,力学性能最好。占空比小于0.25时,组织疏松不致密,表面有析氢孔洞。占空比大于0.25时,晶粒粗大,石墨烯团聚,分布不均;(3)频率。频率为1500Hz时,复合电沉积层组织致密,显微硬度和耐磨性最大。频率低于1500Hz时,组织疏松,晶粒粗大且部分脱落。频率高于1500Hz时,析氢副反应加剧,析氢孔洞增多,石墨烯团聚严重。3.研究获得超临界条件下脉冲电沉积镍基石墨烯复合电沉积层的最优工艺方案。在平均电流密度为6A·dm-2、占空比为0.25、频率为1500Hz和电沉积时间90min条件下,制备的复合电沉积层力学性能最佳。4.相比于普通常压条件,SCF-CO_2条件下制备的镍基石墨烯复合电沉积层中石墨烯嵌入量提高了1.7倍,分布更加均匀,镍粒尺寸达到纳米级,电沉积层平整、致密,显微硬度提高了0.67倍,磨痕截面积缩小了4.68倍,耐磨性大幅提高。超临界环境可以增加镍基石墨烯复合电沉积层中(200)晶面的择优度,降低(111)和(220)晶面的择优度。
[Abstract]:Graphene due to its unique two-dimensional crystal structure, which has many excellent properties. The metal / graphene composite material has high hardness and wear resistance, which is of great significance in the field of materials. The metal / graphene composites is mainly through the pressing method under high temperature conditions of graphene nanosheets with the matrix composites prepared by pressing existing graphene structure mechanical force and easy to damage phenomenon, affect the structure and mechanics of composite materials. The microstructure and properties of graphene nanosheets as composite electrodeposition layer in the second phase, the preparation of metal / graphene composites prepared by electrodeposition method, can avoid the destruction of graphene the traditional structure. The composite electrodeposition process in the second phase, easy to agglomerate, electrodeposit surface roughness, hydrogen evolution is serious. In view of this phenomenon, the supercritical fluid CO_2 (SCF-CO_2) high pass The quality and the diffusion characteristics and the organic combination of pulse composite electrodeposition technique research of composite electro deposition technology of supercritical graphene pulse composite electrodeposition layer, refine grain, improve the embedding capacity of graphene and distribution uniformity, the preparation of high performance composite electrodeposition layer. Focus on the average current density, duty cycle and frequency the composite effect of electro mechanical properties and microstructure of the deposited layer and the ambient temperature, atmospheric conditions for the preparation of the composite electrodeposition layer were compared, study the mechanism of supercritical conditions of composite electrodeposition, put forward a set of excellent preparation of nickel based graphene composite electrodeposition layer technology. The main contents are as follows: 1. the study of the supercritical condition, process of electrodeposited nickel based graphene composite electrodeposition pulse. By orthogonal test to obtain the electrical parameters on the microstructure of composite electrodeposition layer Effect of hardness: the average current density frequency duty ratio; the best combination for the average current density of 6A - DM-2, frequency 1500Hz, duty ratio of 0.2.2. by single factor test, analysis of the electrical parameters on the graphene composite electrodeposition layer properties. (1) the average current density increases with the average current. The density of the composite microstructure of deposited layer density, hardness and wear resistance decreases, the average current density of 6A - DM-2, electric microstructure of deposited layer is dense, the content of graphene, uniform distribution, microhardness and wear resistance reaches the maximum; (2) accounted for duty ratio. The duty cycle is 0.25, the composite electrodeposition layer of fine grain size, dense, graphene embedding quantity, uniform distribution, the best mechanical properties. The duty ratio is less than 0.25, loose tissue is not dense, the surface of hydrogen pores. The duty ratio is greater than 0.25, coarse grain Large, graphene reunion, uneven distribution; (3) frequency. The frequency of 1500Hz, composite electrodeposition layer microstructure, microhardness and wear resistance. Loose tissue frequencies below 1500Hz, and coarse grains and partially exfoliated. Frequency is higher than 1500Hz, increasing the hydrogen evolution reaction, hydrogen evolution holes increased graphene serious agglomeration.3. study the pulse electrodeposition of nickel based graphene composite electrodeposition layer of the optimum solution under supercritical conditions. The average current density is 6A / DM-2, 0.25 duty cycle, the frequency is 1500Hz and deposition time under the condition of 90min, the preparation of composite electrodeposition layer the best mechanical properties.4. compared to normal atmospheric conditions, SCF-CO_2 conditions for the preparation of nickel based graphene composite electro deposition layer embedded in graphene graphite volume increased by 1.7 times, more uniform distribution of particle size of nickel nano electrodeposition layer is smooth, dense, microhardness increased 0.67 times, grinding The cross-sectional area is reduced by 4.68 times and the wear resistance is greatly improved. Supercritical environment can increase the preferred degree of (200) crystal plane in the nickel base composite electrodeposition layer, reduce (111) and (220) the preferred degree of the crystal face.
【学位授予单位】:江苏理工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG174.4;TQ153
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;石墨烯相变研究取得新进展[J];润滑与密封;2009年05期
2 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期
3 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期
4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期
5 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期
6 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期
7 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
8 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期
9 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期
10 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期
相关会议论文 前10条
1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
相关重要报纸文章 前10条
1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年
2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
7 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
8 本报记者 纪爱玲;石墨烯:市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
相关博士学位论文 前10条
1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年
2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年
3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年
4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年
5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年
6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年
7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年
8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年
9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年
10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年
3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年
4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年
5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年
6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年
7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年
8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年
9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年
10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年
,本文编号:1525996
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/1525996.html