鍍液中石墨烯含量對鎳-磷-石墨烯化學復合鍍層耐磨性的影響

黃俊雄，黃燕濱*，王期超，許詮

（陸軍裝甲兵學院，北京 100072）

石墨烯的強度是已知材料中最高的[1]。已有研究表明，通過還原氧化石墨烯制備Ni-石墨烯復合材料，其熱穩定性比純鎳提高了15%左右，硬度提高了約4倍[2]。李金航等[3]的研究表明，隨著鍍液中石墨烯添加量的增大，Ni-石墨烯復合電鍍層中的石墨烯含量增大。Kumar等[4]的研究表明，石墨烯的引入使Ni-石墨烯復合電鍍層的表面形貌發生了改變，晶粒變得細小，硬度和耐蝕性都得到顯著提高。以上報道的Ni-石墨烯復合鍍層以電鍍方式獲得，本課題組前期[5]則通過化學鍍制備了耐磨性和耐蝕性良好的鎳-磷-石墨烯復合鍍層。本文在前期研究的基礎上在傳統Ni-P鍍液中加入不同用量的石墨烯，使石墨烯與Ni-P合金共沉積而得到Ni-P-石墨烯化學復合鍍層，研究了鍍液中石墨烯質量濃度對復合鍍層耐磨性的影響。

1 實驗

1.1 材料

石墨烯購自濟寧利特納米技術有限責任公司，采用化學氧化-熱還原法制備：厚度0.7 ～ 4.0 nm，粒徑0.2 ～ 50 μm，單層率≥99%，純度≥96%，比表面積300 ～ 800 m2/g。

基體是40 mm × 20 mm × 2 mm的 45鋼，用200#、600#、800#、1000#、1200#、1500#和 2000#的砂紙逐級打磨后依次進行無水乙醇超聲除油5 min，10%(質量分數)鹽酸除銹3 ～ 5 min，20%(質量分數)硫酸活化3 ～ 5 min，最后用去離子水沖洗，干燥待用。

1.2 化學復合鍍工藝

鍍液配方[5]為：NiSO4·6H2O 30 g/L，NaH2PO2·H2O 25 g/L，乙酸鈉(CH3COONa·3H2O)15 g/L，Na3C6H5O7·2H2O(檸檬酸鈉)15 g/L，乳酸 25 mg/L，醋酸鉛 15 mg/L，pH 4.3 ～ 5.1。

將石墨烯(50、100、150、200和250 mg/L)添加到上述鍍液中，按石墨烯與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)質量比為2∶1添加PVP作為分散劑，攪拌后靜置濕潤20 min，然后超聲波分散30 min。再置于恒溫水浴鍋內進行化學復合鍍，工藝條件為：溫度82 °C，pH 4.6，超聲波功率150 W，時間2 h。……