TiO/Zn纳米复合涂层的制备、微结构与性能

摘要

通过纳米TiO2与纳米晶Ni、Cu、Ag、Zn等金属复合电沉积制备的纳米复合材料，不仅有望在太阳能电池、空气净化、杀菌等方面获得应用，而且也有望在抗腐蚀工程、摩擦工程领域获得应用，是目前复合材料研究热点之一。 本工作通过溶胶凝胶方法(Sol-gel)，成功制备了锐钛矿结构的TiO2纳米微粒，XRD和TEM分析结果显示，其平均晶粒尺寸约为20nm. 采用脉冲电沉积方法，制备了纳米晶锌涂层。通过光学显微镜观察了纳米晶锌涂层的表面形貌，通过SEM观察了锌涂层的微结构，并分别研究了电流密度、镀液温度和电沉积时间对纳米晶锌涂层平均晶粒尺寸的影响，研究了显微硬度与晶粒尺寸，显微硬度与磨擦因数的依赖关系。结果表明：锌的晶粒尺寸随电流密度增大而减小，随镀液温度升高而增大，随电沉积时间延长而减小。不同工艺条件下获得的沉积层中Zn的平均晶粒尺寸在16-45nm之间。随晶粒尺寸减小，纳米晶锌的显微硬度(0.58-1.87GPa)增加到约为普通多晶锌显微硬度(0.29GPa)的2-7倍，服从正常Hall-Petch关系。随晶粒尺寸减小，涂层摩擦因数降低，耐磨性增强，具有明显的摩擦学尺寸效应。 采用脉冲电沉积法制备了，TiO2/Zn纳米复合涂层，通过SEM分析了TiO2/Zn纳米复合涂层的表面形貌和微结构，通过EDS分析了TiO2/Zn复合涂层的化学成分，并考察了脉冲电流密度对复合涂层中TiO2质量分数的影响，研究了复合涂层的力学性能和摩擦学性能。结果表明：当电流密度从1.5A/cm2增加到2.5A/cm2时，复合涂层中的TiO2质量分数由2.2％增加到2.8％，电流密度为2.5A/cm2时，纳米复合涂层中TiO2质量分数达到最大2.8％，然后随着电流密度由2.5A/cm2增大到3.5A/era2，复合涂层中的TiO2质量分数由2.8％减小到1.8％。当复合涂层中的TiO2质量分数在1.8％～2.8％范围内时，纳米复合涂层的显微硬度随着。TiO2纳米颗粒质量分数的增大而增大，由TiO2纳米颗粒质量分数为1.8％时的0.9GPa增加到TiO2纳米颗粒质量分数为2.8％时1.3GPa。随着复合涂层显微硬度的增大，磨损体积和摩擦因数减小，耐磨性增强。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章纳米材料简述

1.1引言

1.2纳米材料的性质

1.2.1纳米材料的基本性质

1.2.2纳米材料的特殊性质

1.3纳米材料的分类

1.3.1纳米金属材料

1.3.2纳米复合材料

第二章电化学方法制备纳米晶材料概述

2.1引言

2.2电化学沉积方法基本理论

2.2.1 Faraday定律

2.2.2电极反应原理

2.2.3络合反应原理

2.3电沉积纳米晶材料的制备方法

2.3.1直流电沉积纳米晶材料

2.3.2脉冲电沉积纳米晶材料

2.3.3复合共沉积纳米晶材料

2.3.4喷射电沉积纳米晶材料

2.4电沉积制备纳米材料的优点

2.5电沉积纳米材料的应用与发展

2.5.1材料表面强化与改性

2.5.2制备纳米多(迭)层膜

2.5.3制备电催化与储氢材料

2.5.4制备磁记录材料

第三章实验表征方法

3.1 X射线衍射分析

3.1.1晶粒尺寸计算原理

3.1.2仪器参数

3.2分光光度法和分光光度计

3.2.1分光光度法和分光光度计

3.2.2紫外分光光度测定溶液中物质的含量的方法

3.2.3 TiO2/Zn纳米复合涂层中TiO2共析量的测定

3.3电子显微镜

3.3.1透射电镜(TEM)

3.3.2扫描电镜(SEM)

3.4显微硬度试验

3.5摩擦磨损试验

第四章TiO2纳米微粒的制备

4.1引言

4.2样品制备

4.2.1实验参数

4.2.2反应原理

4.2.3影响因素

4.3微结构分析

4.3.1 X射线衍射(XRD)分析

4.3.2透射电子显微镜分析(TEM)

4.4小结

第五章纳米晶Zn涂层的制备、微结构与性能研究

5.1引言

5.2电沉积纳米晶材料的原理

5.2.1电沉积纳米晶材料的基本原理

5.2.2电沉积纳米晶材料的影响因素

5.2.3金属电沉积的过程

5.3样品制备及实验方法

5.4纳米晶Zn涂层微结构分析

5.4.1纳米晶Zn涂层的微结构

5.4.2峰值电流密度对Zn涂层晶粒尺寸的影响

5.4.3电沉积温度对Zn涂层晶粒尺寸的影响

5.4.4电沉积时间对Zn涂层晶粒尺寸的影响

5.5纳米晶Zn涂层的力学性能

5.6纳米晶Zn涂层的摩擦学性能

5.7小结

第六章TiO2/Zn纳米复合涂层的制备、微结构与性能研究

6.1引言

6.2复合电沉积原理

6.2.1复合电沉积机理

6.2.2复合电沉积的影响因素

6.3 TiO2/Zn纳米复合涂层样品制备及实验方法

6.4 TiO2/Zn纳米复合涂层的微结构

6.4.1 TiO2/Zn纳米复合涂层的微结构

6.4.2峰值电流密度对颗粒复合量的影响

6.5 TiO2/Zn纳米复合涂层的力学性能

6.6 TiO2/Zn纳米复合涂层的摩擦学性能

6.7小结

结论

展望

参考文献

致谢

硕士期间研究成果