AlCl3+LiAlH4有机溶剂体系中铝-锰-石墨烯复合镀层的制备优化与性能研究

摘要

铝及铝合金相较于其他常用金属以及合金，拥有着诸如密度小、强度高、硬度大等一系列的优势，故它在很多重要的领域内都具有广阔的应用前景。但是随着科技的发展，各个行业对于铝及铝合金性能提出了更高的要求，同时由于铝及铝合金的硬度、耐磨性等有待于近一步提高，这些因素就要求我们从铝及铝合金的制备工艺等方面去研究制备更加完善的铝合金产品。本文在AlCl3+LiAlH4+MnCl2的苯和四氢呋喃的有机体系中加入石墨烯，在7075铝合金基底上成功制备出铝-锰-石墨烯复合镀层。 本文的主要工作以及所得结论如下： （1）优化了AlCl3+LiAlH4+MnCl2的苯和四氢呋喃的有机体系的制备过程，在原本制备基础上，探究了上层清液以及石墨烯的加入顺序对所得复合镀层性能的影响，得出了最优的镀液配置过程：制备LiAlH4的THF溶液（A液）→制备AlCl3的C6H6溶液（B液）→将A液添加至B液搅拌→加入MnCl2搅拌→加入石墨烯搅拌→取静置过后的体系溶液的上层清液作为电镀液。 （2）分别用SEM、EDS、XRD以及RAMAN光谱对铝-锰-石墨烯复合镀层进行了微观表征，分析并得到了复合镀层的微观形貌以及组成成分，证明了镀层中石墨烯的存在，镀层中铝元素和锰元素的比例趋于稳定9:1到7:1之间；锰元素改变了铝元素晶型，以合金非晶态生长。 （3）设计正交优化实验，探究了制备铝-锰-石墨烯复合镀层的实验条件，并根据正交试验设计了最为优化简洁的实验过程，得出了各工艺参数对铝-锰-石墨烯复合镀层显微硬度影响的大小顺序为：石墨烯浓度＞搅拌速度＞电流密度＞电镀时间；对复合镀层摩擦系数影响的大小顺序为：石墨烯浓度＞电流密度＞搅拌速度＞电镀时间；同时也得出了最佳工艺条件：石墨烯浓度3g/L，电流密度7A/dm2，搅拌速度200r/min，电镀时间为45min。 （4）利用单因素实验，综合探究各个工艺参数对铝-锰-石墨烯复合镀层复合镀层性能的影响，并利用其再次得出了最佳工艺条件：以显微硬度和摩擦系数作为评判性能指标时，得出最佳的试验条件为：石墨烯浓度2.5g/L、电流密度7A/dm2、搅拌速度200r/min、电镀时间45min。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 电沉积铝的研究进展

1.2.1 有机溶剂体系电沉积铝的发展

1.2.2 熔融盐体系中电镀铝的发展

1.3 铝合金复合电镀

1.3.1 铝合金复合镀层研究现状

1.3.2 复合电镀原理

1.4 石墨烯的概述

1.4.1 石墨烯的发现

1.4.2 石墨烯的结构

1.4.3 石墨烯的制备

1.4.4 石墨烯的性能

1.4.5 石墨烯的应用

1. 5 本课题的研究意义和研究内容

1.5.1 课题的提出及意义

1.5.2 本课题的主要研究内容

2 制备铝-锰-石墨烯复合镀层

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验所用材料

2.1.2 实验所用仪器

2.2 镀液的配置

2.2.1 镀液的配置

2.2.2 电镀装置

2.3 镀层的制备

2.3.1 工艺参数的选择

2.3.2 基底的预处理

2.3.3 电镀过程

2.4 实验安全操作注意事项

2.5 本章小结

3 探究并优化铝-锰-石墨烯复合镀层的制备工艺

3.1 上层清液对镀层制备的影响探究

3.2 石墨烯添加顺序对镀层制备的影响探究

3.3 复合镀层的正交试验方案设计

3.3.1 正交试验综述

3.3.2 铝-锰-石墨烯复合镀层的正交试验方案

3.4 本章小结

4 铝-锰-石墨烯复合镀层的表征与分析

4.1 复合镀层的SEM表征与分析

4.1.1 铝锰镀层与铝-锰-石墨烯镀层对比分析

4.1.2 复合镀层的沉积方式分析

4.1.3 不同石墨烯含量时的镶嵌方式分析

4.1.4 复合镀层的能谱分析

4.2 复合镀层的XRD表征

4.3 复合镀层的RAMAN光谱表征

4.4 本章小结

5 铝-锰-石墨烯复合镀层的力学性能分析

5.1 铝-锰-石墨烯复合镀层的显微硬度

5.1.1 镀层硬度测量方法

5.1.2 铝-锰-石墨烯复合镀层硬度的测量

5.1.3 铝-锰-石墨烯复合镀层硬度的分析

5.2 铝-锰-石墨烯复合镀层的摩擦系数

5.2.1 铝-锰-石墨烯复合镀层摩擦系数的测量

5.2.2 铝-锰-石墨烯复合镀层摩擦系数的分析

5.3 本章小结

6 综合探究铝-锰-石墨烯复合镀层的工艺参数

6.1 综合探究铝-锰-石墨烯复合镀层的石墨烯浓度

6.1.1 石墨烯浓度对复合镀层的影响

6.1.2 以显微硬度为指标探究石墨烯浓度对镀层的影响

6.1.3 以摩擦系数为指标探究石墨烯浓度对镀层的影响

6.2 综合探究铝-锰-石墨烯复合镀层的电流密度

6.2.1 电流密度对复合镀层的影响

6.2.2 以显微硬度为指标探究电流密度对镀层的影响

6.2.3 以摩擦系数为指标探究电流密度对镀层的影响

6.3 综合探究铝-锰-石墨烯复合镀层的搅拌速度

6.3.1 搅拌速度对复合镀层的影响

6.3.2 以显微硬度为指标探究搅拌速度对镀层的影响

6.3.3 以摩擦系数为指标探究搅拌速度对镀层的影响

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果

致谢