石墨烯-鎳基復(fù)合材料的原位制備與性能研究.pdf

1、石墨烯是一種新型二維納米材料，它擁有超高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、巨大的比表面積、極高的楊氏模量和抗拉強(qiáng)度。單層石墨烯具有1TPa的楊氏模量和130GPa的拉伸強(qiáng)度，其作為納米增強(qiáng)體和固體潤(rùn)滑材料能有效降低金屬材料的摩擦系數(shù)，顯著增強(qiáng)抗磨性。因此，將石墨烯作為增強(qiáng)相引入到金屬基體中，有望提升金屬材料的力學(xué)和摩擦學(xué)性能。
　　本文將粉末冶金法和化學(xué)氣相沉積法相結(jié)合，原位制備了石墨烯/鎳基（G-Ni）復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)，如碳源含量、石墨

2、烯生長(zhǎng)時(shí)間和生長(zhǎng)溫度的調(diào)控，制備不同組份的高性能G-Ni復(fù)合材料。研究了制備溫度、碳源含量和生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的影響。利用X射線衍射儀（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征，結(jié)果表明，石墨烯均勻分散在基體鎳中，隨著燒結(jié)溫度，碳源含量和生長(zhǎng)時(shí)間的增加，基體鎳的晶粒尺寸略微增加。采用拉曼光譜（Raman）、和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)復(fù)合材料表征分析。結(jié)果表明，原位生長(zhǎng)的石墨烯的層數(shù)均為多層結(jié)構(gòu)，且通過(guò)對(duì)

3、工藝參數(shù)優(yōu)化，原位合成了缺陷較少的石墨烯。
　　采用顯微硬度計(jì)、微機(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和 UMT-2多功能摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合材料的顯微硬度，拉伸強(qiáng)度和摩擦學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明，當(dāng)碳源含量為240mg，溫度為1100℃，時(shí)間為60min時(shí)，復(fù)合材料的硬度和拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到107MPa和370MPa，是純鎳的1.8和4.2倍，其摩擦系數(shù)和磨損率分別低至0.48和6.9×10-5mm3/Nm。當(dāng)碳源含量為240mg，溫度為1100℃

4、，時(shí)間為40min時(shí)，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率分別為0.38和6.0×10-4mm3/Nm。
　　基于復(fù)合材料的多孔結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，將高孔隙的G-Ni復(fù)合材料浸入PET-OA和PAO10潤(rùn)滑油脂中，制備了自含油的G-Ni復(fù)合材料。固-液復(fù)合潤(rùn)滑作用有效降低了G-Ni復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率。其中自含油PET-OA/G-Ni復(fù)合材料摩擦系數(shù)低至0.29，自含油PAO10/G-Ni復(fù)合材料磨損率低至6.6×10-5mm3/Nm。