【摘要】：石墨烯具有高的強(qiáng)度、楊氏模量和較大的比表面積,將其用于增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料能極大改善復(fù)合材料的強(qiáng)韌性。然而,石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中制備存在石墨烯穩(wěn)定性差、強(qiáng)化效率低、難分散等問(wèn)題,制約了石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。為了提高石墨烯的強(qiáng)化效率,改善石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能,本文從合成石墨烯入手,采用化學(xué)還原法制備具有高分散性和良好還原性的石墨烯,再通過(guò)電沉積法制備了不同結(jié)構(gòu)的石墨烯增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料。研究表面活性劑、納米顆粒、還原溫度對(duì)石墨烯分散性和還原性的影響規(guī)律;探討電沉積過(guò)程中復(fù)合材料晶粒的形核和長(zhǎng)大行為;研究石墨烯增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料的力學(xué)性能及石墨烯增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制。主要研究結(jié)論如下:(1)化學(xué)還原法制備石墨烯過(guò)程中,加入水合肼能合成石墨烯,但合成的石墨烯極易發(fā)生團(tuán)聚。改進(jìn)制備工藝,發(fā)現(xiàn)引入鎳納米顆粒能抑制石墨烯的團(tuán)聚,但石墨烯溶液較渾濁且存在Ni(OH)_2沉淀,而添加聚乙烯吡咯烷酮制備出的石墨烯具有良好的分散性;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在還原溫度為80℃下,通過(guò)水合肼和聚乙烯吡咯烷酮共同作用制備的石墨烯,具有層數(shù)少,含氧官能團(tuán)少,分散性好且吸光度高的特點(diǎn)。(2)采用EBSD分析石墨烯增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料組織,發(fā)現(xiàn)石墨烯的加入會(huì)改善鎳基體的晶粒尺寸分布。研究表明,純鎳的組織為長(zhǎng)條狀粗晶,平均晶粒尺寸為0.9?m;在250 ml的鍍液中,添加2 ml石墨烯制備的復(fù)合材料,晶粒尺寸較小且呈現(xiàn)雙峰分布;添加4 ml石墨烯制備的復(fù)合材料由尺寸相對(duì)均勻、圓滑的等軸晶組成,平均晶粒尺寸為0.7?m。利用循環(huán)伏安曲線和電化學(xué)阻抗譜分析沉積機(jī)理,發(fā)現(xiàn)石墨烯具有增加陰極極化,提高鍍液導(dǎo)電性,降低電沉積過(guò)程中反應(yīng)電阻和過(guò)電位的作用。石墨烯的加入能提高鎳原子的形核速率,抑制晶粒的長(zhǎng)大,從而制備出具有不同顯微結(jié)構(gòu)的石墨烯增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料。(3)力學(xué)性能結(jié)果,發(fā)現(xiàn)石墨烯提高了鎳基復(fù)合材料的強(qiáng)度、塑性及加工硬化能力,且隨石墨烯含量的增高,材料的強(qiáng)度、塑性呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì);加入2 ml石墨烯制備的石墨烯增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料具有較寬的遲滯環(huán),抗拉強(qiáng)度達(dá)870 MPa,延伸率為21%。故推斷背應(yīng)力硬化使得石墨烯增強(qiáng)鎳基復(fù)合材料具有良好的強(qiáng)度和塑性。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB333

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本文編號(hào)：2621912