石墨烯/镍复合材料的制备和性能研究

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纳米材料与众不同的结构特征使其具有一系列优良的特性,自问世以来受到研究者的广泛关注。在已研究的多种纳米晶材料中,纳米晶体镍及其复合材料是研究的重要方向之一,主要集中在电沉积工艺、组织结构、力学性能及变形机理等方面。然而纳米结构与耐蚀性间关系较为复杂,腐蚀环境、晶粒尺度、组织结构都有不同的影响,尤其纳米晶镍热稳定性直接与性能及应用相关联。镍基复合材料由于其高强度、优异的耐蚀性和耐磨性在汽车、航空领域都有广泛的应用。通常采用纤维或SiC等颗粒作为第二相粒子来提高它的力学性能、热稳定性等。石墨烯作为第二相粒子有望进一步提高其硬度、强度等力学性能以及耐蚀性﹑耐磨性。直流电沉积法是制备纳米晶镍和石墨烯/镍复合材料的一个很有效﹑经济的方法。本文通过直流电沉积法制备纳米晶镍以及石墨烯/镍基复合材料,分析退火后的纳米晶镍的稳定性,并在不同腐蚀介质中研究其耐蚀性能,并考察电流密度、石墨烯含量对石墨烯/镍基复合材料显微硬度、耐磨性、耐蚀性、拉伸性能的影响规律,并探讨石墨烯的引入对纳米晶镍热稳定性的影响。研究发现:(1)未退火纳米晶镍的晶粒尺度为9.727nm,经200℃和300℃退火处理后,其晶粒尺度分别为12.563nm和19.246nm。表明200℃退火对晶粒尺度影响不大,主要起到了消除内应力的作用,而退火温度达300℃时,除消内应力外,还可以提高材料的致密度;(2)电沉积纳米晶镍在NaOH和NaCl腐蚀液中的耐蚀性能不同,Cl-对纳米晶镍的腐蚀性远高于OH-腐蚀;低温退火处理有利于改善抗高浓度NaOH和NaCl腐蚀液腐蚀的能力;(3)电沉积纳米晶镍在NaCl腐蚀液中,经200℃﹑300℃退火后,由于内应力的消除以及致密性的增加,纳米晶镍抗NaCl腐蚀液腐蚀的能力得到了提高。较NaCl溶液相比,退火处理对于电沉积纳米晶镍在NaOH腐蚀液中的腐蚀影响不敏感。对石墨烯/镍复合材料的研究,得出了如下结论:(1)通过直流电沉积法制备得到石墨烯/镍复合材料,然后通过Raman﹑XRD检测证明GO在电沉积的过程中还原成石墨烯;(2)石墨烯的引入使得石墨烯/镍复合材料的硬度﹑耐磨性﹑耐蚀性都得到提高,并且随着GO的浓度从0.01g/l增加到0.15g/l时,硬度及耐磨性有增加的趋势;电流密度对纯镍及石墨烯/镍复合材料硬度﹑耐磨性的影响不明显;(3)石墨烯/镍复合材料退火处理后显微硬度来看,随着退火温度的增加,硬度下降的幅度降低,达到同一硬度所需的温度提高,说明石墨烯的引入可抑制纳米晶镍的异常晶粒长大,提高热稳定性。
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