采用電沉積方法制備了鎳-氧化石墨烯（Ni-GO）復(fù)合鍍層,采用SEM、XRD分析了NiGO復(fù)合鍍層的表面形貌、組織結(jié)構(gòu)和組分含量,研究了氧化石墨烯濃度、沉積電流密度和溫度對(duì)復(fù)合鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,并對(duì)鍍層的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果表明,在沉積電流密度2 A/dm2、氧化石墨烯濃度0.2 g/L、沉積溫度50℃的工藝條件下,制備出了石墨烯在鎳基體中均勻分布的鍍層,制備的復(fù)合材料顯微硬度達(dá)到了600 HV,約為純鎳的2倍。XRD測(cè)試結(jié)果表明加入的氧化石墨烯改善了材料的晶粒尺寸分布,抑制了鎳的生長(zhǎng)且細(xì)化了晶粒,從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。 

【文章來(lái)源】：電鍍與精飾. 2020,42(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

不同沉積電流密度制備的Ni-GO復(fù)合鍍層的表面形貌

圖2為不同電流密度下制備的復(fù)合鍍層的硬度。可以看出，隨著電流密度的增加，鍍層的硬度呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后減小的趨勢(shì)，從最開始的320 HV增加到最大值550 HV，然后降低到420 HV。Ni-GO復(fù)合鍍層的硬度相比于純鎳提高了近一倍。材料的硬度主要受到晶粒尺寸、材料致密度等因素的影響，通常認(rèn)為晶粒尺寸越小硬度越大。在小電流密度下，隨著電流密度的增加，鍍層中石墨烯含量也隨之增加，晶粒得到了一定程度的細(xì)化，從而提高鍍層的硬度。進(jìn)一步增大電流密度時(shí)，石墨烯發(fā)生了明顯的團(tuán)聚，晶粒尺寸變大，硬度下降且鍍層質(zhì)量變差。因此，選擇Ni-GO復(fù)合材料的電沉積電流密度為2.0 A/dm2。2.1.2 氧化石墨烯濃度對(duì)Ni-GO復(fù)合鍍層的影響

圖3所示為沉積電流密度2 A/dm2、沉積溫度50℃時(shí)，不同氧化石墨烯濃度下制備的Ni-GO復(fù)合鍍層的表面形貌�？梢悦黠@地看出，石墨烯/鎳基復(fù)合材料的表面形貌與純鎳的表面形貌有較大的差異，加入石墨烯后，Ni-GO復(fù)合鍍層的表面形貌發(fā)生了顯著改變，表面有鼓包和凸起的產(chǎn)生，粗糙度增加。石墨烯濃度從0.1 g/L增加到0.2 g/L時(shí)，Ni-GO復(fù)合鍍層表面的鼓包和凸起的數(shù)量不斷增加，且這種突起是一層一層生長(zhǎng)，呈花苞狀，石墨烯呈片狀覆蓋在鎳基體中。當(dāng)石墨烯濃度達(dá)到0.4 g/L時(shí)，鍍層表面開始出現(xiàn)大量不規(guī)則、鏤空的團(tuán)聚體，表明石墨烯由于團(tuán)聚作用，以團(tuán)簇的形式附著在基體材料的表面，沒有更好地與基體材料相結(jié)合，會(huì)對(duì)復(fù)合材料的性能帶來(lái)不利的影響。圖4為不同氧化石墨烯濃度下制備的Ni-GO復(fù)合鍍層的硬度。可以看出，Ni-GO復(fù)合鍍層的顯微硬度隨著電鍍液中石墨烯濃度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。隨著石墨烯濃度的提高，Ni-GO復(fù)合鍍層的顯微硬度從280 HV增大到602 HV，在石墨烯濃度0.2 g/L時(shí)達(dá)最高。氧化石墨烯濃度繼續(xù)增加，Ni-GO復(fù)合鍍層的顯微硬度開始下降。復(fù)合鍍層顯微硬度的提高，一方面是由于鎳基體中較高的碳含量作為增強(qiáng)劑，其主要作用是減小晶粒尺寸并產(chǎn)生晶粒增強(qiáng)機(jī)理；另一方面在鎳基體中加入氧化石墨烯作為納米填料，當(dāng)顯微硬度計(jì)的壓頭壓到復(fù)合材料的表面上時(shí)，石墨烯可以分散一部分的載荷，同時(shí)可以有效地抑制其在基體中的位錯(cuò)滑動(dòng)。除此以外，引入的石墨烯增強(qiáng)相在減小晶粒尺寸的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的晶界，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和塑性變形，使得引起的再結(jié)晶行為提高了Ni-GO復(fù)合鍍層的顯微硬度。當(dāng)石墨烯濃度高于0.2 g/L時(shí)，鍍層材料的顯微硬度值開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，造成這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)槭┖窟^(guò)高，導(dǎo)致石墨烯在復(fù)合材料中更容易發(fā)生團(tuán)聚，石墨烯對(duì)鎳晶體位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的抑制作用減弱。因此，氧化石墨烯濃度選擇為0.2 g/L。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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