电刷镀Ni-石墨烯复合镀层的制备与性能研究

发布时间：2020-08-08 07:50

【摘要】：石墨烯具有非凡的力、热、光和电学性能,是具有广阔发展前景的制备金属基复合材料的增强相。本文将石墨烯加入快速镍电刷镀液中,制备出石墨烯均匀悬浮分散的镍-石墨烯复合电刷镀液,采用电刷镀技术在1045钢上制备出Ni-石墨烯复合镀层,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、Raman光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)等对石墨烯片层和复合镀层的组织结构、形貌进行了表征,研究了镀液中的石墨烯添加量与复合镀层中的石墨烯含量的关系,并对复合镀层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能进行了重点考核,还对其力学性能、导热、导电以及吸波等性能也进行了一定研究。同时采用多种方法尝试降低复合镀层的摩擦系数。结果表明:复合镀层中的石墨烯以三种形式存在于镀层的不同部位;当石墨烯的添加量为0.5 g/L时,制备出的复合镀层中石墨烯含量最高,为0.163 wt.%,该复合镀层相比于镍镀层和其它复合镀层,镀层组织致密度最高,裂纹、孔隙等缺陷最少;各复合镀层的力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能均有所提升,提升幅度最大的是石墨烯添加量为0.5g/L时制备出的复合镀层,相比于镍镀层,其显微硬度提高了15.2%,弹性模量提高了31.4%,磨损失重量减少了81%;自腐蚀电位增大了9.5%,自腐蚀电流密度减小了66.2%,电荷转移电阻增大2.1倍,在168 h的3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡实验中,其腐蚀失重较镍镀层的减少57.4%。还发现该复合镀层的导热性能、导电性能、吸波性能电导率均比镍镀层有明显提升;此外,在石墨烯添加量为0.5 g/L的复合镀液中添加0.4g/L的Y(NO_3)_3·6H_2O时,可以使复合镀层的摩擦系数降低至与镍镀层的相当,而其磨损量比镍镀层的减少67.3%。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

示意图,石墨,富勒烯,零维

哈尔滨工程大学硕士学位论文介绍概述首个发现的二维空间材料，其厚度仅为 0.335nm[1]。理论上边网格形成的单层碳原子结构，碳原子以 sp2杂化轨道与其长 0.141nm，这些高强度的σ键使得石墨烯具有优异的结构成其他碳材料的基本结构单元，如图 1.1 所示[25]，石墨烯可的富勒烯、一维的碳纳米管和三维的石墨。

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Raman 表征在轻质碳材料的表征方面起着很重要的作用。图1.2 为在 514 nm 激光激发下单层本征石墨烯的典型 Raman 光谱图[52]，可以发现在 1 350cm-1、1 582 cm-1、2 700 cm-1处分别出现了石墨烯的特征 D 峰、特征 G 峰和特征 G（'2D）

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图 1.2 在 514 nm 激光激发下单层本征石墨烯的典型 Raman 光谱图需要说明的是，氧化还原法制备的石墨烯由于在还原过程中会对石墨烯结构有所损伤而使其产生一些缺陷，同时其上的含氧官能团不能被完全去除干净，以及在 Raman表征时激光可能穿过石墨烯上的褶皱，因此，其 Raman 光谱中的 2D 峰会发生严重变形，如图 1.3 为两种还原剂制备的石墨烯的 Raman 光谱图[56]，可以看出，D 峰与 G 峰明显，但是 2D 峰均发生严重变形。(a) (b)

【参考文献】