电刷镀Ni-石墨烯复合镀层的制备与性能研究

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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0.5g/L时,制备出的复合镀层中石墨烯含量最高,为0.163wt.%,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168h的3.5wt.%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0.5g/L的复合镀液中添加0.4g/L的Y(NO3)3·6H2O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%。
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