45号钢属中碳钢,强度、韧性适中,焊接性能较好,广泛用于型材、结构件加工与机械制造等领域。而现代机器的损坏大多是由于零部件的失效,零部件的失效形式主要有摩擦磨损和腐蚀,且45号钢耐腐蚀较差,在正常气温条件下就容易被氧化腐蚀,造成由45号钢构成的零件或设备的失效,从而导致无法挽回的损失。另一方面,随着人类科技水平的提高、工业化水平的进步,人类的要求也越来越高,于是对传统材料也随即有了更高的期待。电沉积能够给基底金属镀上一层或多层镀层,这种镀层一般硬度、强度等性能均高于基底,从而使机械零部件免受腐蚀、磨损等损害。鉴于45号钢的宽泛的使用范围,本文以45号钢为基底,采用直流电沉积的方式制备镍铁石墨烯单、多层防护镀层。采用Raman光谱、XRD、SEM以及EDS对镀层的成分、物相结构、表面微观形貌以及元素进行表征分析,用正交试验优化了工艺参数,使用单因素试验探索了不同的因素对镀层硬度、耐腐蚀性和抗磨性的影响,研究发现:(1)制备镍铁石墨烯防护镀层的最优工艺参数为:搅拌速率300r/min、时间90min、温度50℃、电流密度5A/dm~2,石墨烯浓度1g/L。在这个最优工艺参数下镀层的显微硬度达到1083.88HV,相比于45号钢基底提高了260.78%,比镍铁合金镀层增强了104.27%;此条件下的平均摩擦系数达到了0.2321,比45号钢基底低65.60%,比镍铁合金镀层低48.62%。(2)结合Raman光谱与XRD图谱分析,图中出现了石墨烯的特征峰,证明了石墨烯纳米片嵌入到了镍铁石墨烯防护镀层中;镀层表现为面心立方体结构,在(111)面镀层的衍射峰最强,其次表现为次强峰(200)面择优取向。加入石墨烯后,镀层的平均晶粒尺寸下降了38.91%,从48.08nm下降为29.37nm,这是由于石墨烯的加入使镀层在石墨烯处形核,增加了形核点,抑制了晶粒的生长,导致晶粒细化从而使得力学性能提高。(3)镍铁石墨烯多层镀层在上述制备工艺下,最优的设计为三层镀层且镍铁石墨烯层在顶层,此时的显微硬度达到1132.47HV,摩擦系数0.2078,相比于单层镍铁石墨烯镀层分别提高了4.48%,与降低了10.47%;同条件下四层镀层的显微硬度1076.54HV,相比三层反而降低了4.84%,四层镀层的摩擦系数为0.2403,相比于三层镀层(0.2078)也有所下降;通过分析多层镀层石墨烯层位置,发现镍铁石墨烯镀层作为顶层时,综合性能最好。(4)镀层的显微硬度随着石墨烯浓度的增加、电流密度的增加、温度的增加都表现出先升高后降低的趋势;镀层的摩擦系数与磨损率变化趋势一致,均随着石墨烯浓度的增大、电流密度的增加、温度的增加表现出先降低后升高的趋势。(5)加入1g/L石墨烯的单层镀层与加入相同浓度石墨烯的多层镀层的耐腐蚀性最好,耐腐蚀等级同为4级,镍铁合金镀层耐腐蚀等级为2级。腐蚀前后所有镀层显微硬度均大幅降低,加入1g/L石墨烯的多层镀层与相同浓度的单层镀层腐蚀后显微硬度下降最小,分别为657.55HV和608.32HV,相比于腐蚀前降低了38.92%和39.68%,而腐蚀后镍铁合金的显微硬度衰减最大,降低了63.17%。石墨烯具有很强化学稳定性,可以在腐蚀环境中,作为物理隔绝层把基底和环境中的活性介质隔绝开,可以高效的阻止环境中的水分子、氧气等腐蚀介质接触基底。因此镍铁石墨烯防护镀层中嵌入的石墨烯微粒可以有效的保护基底,另一方面石墨烯的嵌入也能起到钝化基底的作用,提高镀层耐腐蚀性。