【摘 要】
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镁合金具有高比强度低密度,优良铸造性能,优异的电磁屏蔽性能以及生物可降解等优势,因此它被广泛应用于航空,通信和医疗器械等领域。但镁合金的高磨损与高腐蚀缺陷导致其服役寿命短。因此,借助表面改性手段来改善镁合金的使用缺陷成为研究者们关注的重点。其中,采用电沉积方法在镁合金表面构筑金属镀层涂层被认为是一种解决该难题的有效方案。本课题采用电沉积技术在镁合金上制备出一系列纯镍涂层、石墨烯/镍复合涂层以及双层
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镁合金具有高比强度低密度,优良铸造性能,优异的电磁屏蔽性能以及生物可降解等优势,因此它被广泛应用于航空,通信和医疗器械等领域。但镁合金的高磨损与高腐蚀缺陷导致其服役寿命短。因此,借助表面改性手段来改善镁合金的使用缺陷成为研究者们关注的重点。其中,采用电沉积方法在镁合金表面构筑金属镀层涂层被认为是一种解决该难题的有效方案。本课题采用电沉积技术在镁合金上制备出一系列纯镍涂层、石墨烯/镍复合涂层以及双层石墨烯/镍复合涂层,并系统地研究了不同制备工艺参数下三种涂层的微观结构、疏水性能、力学性能、摩擦学行为以及腐蚀性能的改善情况。研究结果表明:1.随着电流密度的增加,纯镍涂层的表面硬度先增加后降低。在4 A/dm~2电流密度条件下制备的纯镍涂层硬度最大（551 HV）,大约为镁合金（76 HV）的8倍,这主要是该电流密度下的纯镍涂层晶粒最小,拥有最佳的晶粒细化效应。特别是该电流密度下的纯镍涂层极大地改善了镁合金抗腐蚀性能,其极化电位从镁合金的-2.37 V提升到-0.5 V。2.随着石墨烯掺杂浓度的增加,石墨烯/镍复合涂层（Gr/Ni）的力学性能与抗腐蚀磨损性能得到明显改善。0.2 g/L石墨烯掺杂制备出的复合涂层的显微硬度为983 HV,比纯镍涂层高出一半以上。其次石墨烯的掺入,极大地改善了复合涂层与基底的结合性能,其临界载荷（52.9 N）是纯镍的6-7倍。最重要的是,0.2 g/L石墨烯掺杂制备出的复合涂层在海洋环境的磨损测试条件下,表面几乎没有腐蚀磨损产物,且磨损率最低。大气环境下和海洋环境下该涂层的磨损率分别降低到3.5·10-5mm~3/（N·m）和2.5·10-5mm~3/（N·m）。相比于纯镍涂层在海洋环境下产生腐蚀磨损,石墨烯掺杂改善了镍基涂层表面润湿性能,有利于阻止腐蚀介质的侵入渗透。同时,石墨烯的微纳米电极效应降低了涂层的晶粒尺寸以及石墨烯自身优良的自润滑效应,近一步提升涂层的耐磨损性能。3.石墨烯和多界面协同作用构建地新型双层Gr/Ni复合涂层,获得了优异的长期耐腐蚀性和耐磨性。这主要是多层设计带来的优异界面效应极大地延缓了腐蚀介质对于涂层的侵入时长,降低其对于基底的破坏作用。这为镁合金在海洋和航空环境下服役提供了设计思路。
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