镀Ni碳纤维/石墨烯增强TiC0.7N0.3复合涂层制备及力学性能研究

摘要

高耐磨性涂层在航天、电子、军工、汽业等行业具有重要的价值。科学技术的不断发展对涂层的硬度、耐磨性能等力学性能的要求不断提高。传统的喷涂涂层制备技术虽然较为成熟，但很难大幅度提升材料的力学性能。因此，将性能优异的增强材料与涂层进行复合，利用大气等离子喷涂法制备出符合现代科技需求的性能优异的耐磨TiC0.7N0.3复合涂层，是当今涂层研究领域的重点研究方向。 本研究是在TiC0.7N0.3涂层中添加镀Ni碳纤维/镀Ni石墨烯，以改善涂层的力学性能。在酸性条件下对碳纤维/石墨烯的进行表面化学镀Ni，旨在避免碳纤维/石墨烯在等离子喷涂过程中烧损，继而提升碳纤维/石墨烯与镀层的界面结合性能;同时探讨稳定剂的含量对化学镀镀层质量的影响机理。将化学镀Ni碳纤维及镀Ni石墨烯分别与经过造粒后的TiC0.7N0.3粉末进行混合，利用等离子喷涂制备了添加碳纤维/镀Ni碳纤维的涂层（CFT涂层）和添加石墨烯/镀Ni石墨烯的涂层（GRT涂层）。 通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)对镀Ni碳纤维、镀Ni石墨烯、TiC0.7N0.3复合涂层的表面形貌和物相组成进行分析，结果发现:Ni镀层成功的包裹在碳纤维和石墨烯的表面，表面镀层由大量的非晶和少量的晶化Ni-P镀层组成。并且镀Ni碳纤维和镀Ni石墨烯成功的避免了增强材料的高温烧损，分别以纤维状和薄片状的形态存在于涂层中。对两种体系的涂层进行显微硬度测试、摩擦磨损测试及冲蚀性能测试。结果表明:镀Ni碳纤维和镀Ni石墨烯的加入均提高了涂层的显微硬度、耐磨与减摩性能和冲蚀性能，减少了冲蚀与摩擦过程中磨屑的产生，明显改善了涂层的综合力学性能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2化学镀

1．2．1化学镀的基本原理

1．2．2化学镀的影响因素

1．2．3化学镀的应用领域

1．2．4化学镀的研究现状

1．2．5化学镀的分类

1．3化学镀Ni包碳纤维／石墨烯

1．3．1化学镀Ni包碳纤维

1．3．2化学镀Ni包石墨烯

1．4等离子喷涂

1．4．1等离子喷涂原理

1．4．2喷涂涂层的影响因素

1．5等离子喷涂TiC0．7N0．3复合涂层

1．5．1国内外研究现状

1．5．2 TiC0．7N0．3复合涂层研究趋势

1．6本文主要的研究内容

第2章试验材料与研究方法

2．1试验材料及试验设备

2．1．1化学镀所需材料

2．1．2化学镀所需试剂

2．1．3陶瓷涂层材料

2．1．4粘结层材料

2．1．5基体材料

2．1．6试验设备

2．2试验方法

2．2．1 CFs表面化学镀Ni

2．2．2 GR表面化学镀Ni

2．2．3粉末混合与造粒

2．2．4复合涂层制备

2．3形貌观察与成分分析

2．3．1物相分析

2．3．2镀液残余NiSO4·6H2O浓度测定

2．3．3显微硬度测试

2．3．4涂层摩擦磨损性能测试

2．3．5涂层冲蚀性能测试

2．4本章小结

第3章化学镀制备NCCFs及表征

3．1 CFs化学镀Ni的原理

3．2制备NCCFs的前处理及影响镀覆的因素

3．2．1化学镀除油处理

3．2．2化学镀前粗化处理

3．2．3化学镀前敏化活化处理

3．2．4镀液成分对NCCFs镀层的影响

3．3稳定剂含量对镀层表面形貌的影响

3．3．1稳定剂含量为0mg／L时镀层的表面形貌

3．3．2稳定剂含量为0．5mg／L时的镀层的表面形貌及物相组成

3．3．3稳定剂含量为5mg／L时的镀层的表面形貌及物相组成

3．4镀速随时间的变化趋势

3．4．1镀速的测试方法

3．4．2镀速随时间变化

3．5本章小结

第4章CFs／NCCFs增强CFT涂层制备及力学性能

4．1等离子喷涂粉末制备

4．2 CFT复合涂层的表面形貌及物相组成

4．2．1复合涂层的表面形貌

4．2．2涂层中NCCFs的分布形式

4．2．3复合涂层的物相组成

4．3 CFT复合涂层的显微硬度

4．3．1显微硬度测试与压痕尺寸效应

4．3．2复合涂层显微硬度

4．4 CFT复合涂层的摩擦磨损性能

4．4．1复合涂层的减磨性能

4．4．2复合涂层的耐磨性能

4．4．3复合涂层的磨痕形貌

4．5 CFT复合涂层冲蚀性能分析

4．5．1复合涂层的冲蚀失重率

4．5．2复合涂层的冲蚀形貌

4．6本章小结

第5章GR／NCGR增强GRT涂层的制备及力学性能

5．1 NCGR的制备及表征

5．1．1 NCGR的表面形貌

5．1．2 NCGR的物相组成

5．2 GRT复合涂层的制备及表征

5．2．1复合涂层的显微形貌

5．2．2复合涂层的物相组成

5．3 GRT复合涂层显微硬度

5．4 GRT复合涂层的摩擦磨损性能

5．4．1复合涂层的磨损失重

5．4．2复合涂层的摩擦系数

5．4．3复合涂层的磨痕形貌

5．5 GRT复合涂层的冲蚀性能

5．5．1复合涂层的冲蚀失重率

5．5．2复合涂层的冲蚀形貌

5．6本章小结

结论

参考文献

攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢