THF-C6H6-LiAlH4-AlCl3体系下铝-镁-石墨烯复合镀层的制备工艺优化与性能研究

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铝合金材料被大量的应用于航天、车辆、轮船制造、军工等领域,这是由于铝合金具有密度低、可塑性好、工艺性能优良等优点,这决定了铝合金在材质应用方面具有无法代替的优势。例如,我国自行研发的飞行器系列中,铝合金材料的使用率极高。但是,铝合金材料自身也还是存在一些性能方面的缺陷,比如硬度与耐腐蚀性会随着使用年限的增长变得越来越低,这种缺陷缩短了铝合金的寿命。现阶段,改善铝合金材质机能缺陷的主要技术是微化技术与热加工技术。前者通过向铝合金材料中加入镁、锌、镍等金属元素进行微化整合,从而提高铝合金的性能。后者则通过铝合金采取分步热处理,再辅以时效加工,从而改善铝合金的使用缺陷。此外,将纳米材质融合入合金材质后,其固有的优异机能能够完美契合合金材质,从而使合金材质的硬度、拉伸性能、表面粗糙度、抗侵蚀能力得以改进,提高了原有合金镀层机能上的欠缺。以铝合金力学性能的改进为研究点,本课题在THF-C6H6-Li Al H4-Al Cl3体系中加入无水Mg Cl2及石墨烯,采用有机电沉积的方式,以7075铝合金为基底,通过优化基础镀液的导电性与电镀液的稳定性,制备力学性能更优的铝-镁-石墨烯复合镀层,从而提高铝合金的力学性能。同时,设计正交试验及单因素实验方案,分析石墨烯含量、电流密度、转子转速、电镀时长四种工艺因素对复合镀层力学性能的影响程度,并采用SEM、XRD、Laman等检测技术对复合镀层进行微观表征。本课题得出以下结论:(1)基础镀液的制备工艺流程为:先配置“氢化铝锂的四氢呋喃溶液”,标记为“I号液”;再配置“氯化铝、氯化镁的苯-四氢呋喃溶液”,标记为“II号液”;将“I号液”加进“II号液”中,搅拌,即得到“基础镀液”。(2)电镀液的制备工艺流程为:“I号液”加进“II号液”,使其充分混合后,加入石墨烯,进行电镀。(3)由正交试验得出:石墨烯含量、电流密度、电镀时长、转子转速四种工艺因素对铝-镁-石墨烯复合镀层的维氏硬度与摩擦系数的影响程度大小顺序均为:石墨烯含量>电流密度>电镀时长>转子转速。制备复合镀层的优选工艺因素为:石墨烯含量5.0g/L,电流密度6A/dm2,转子转速250 r/min,电镀时长45min。(4)对铝-镁-石墨烯复合镀层进行SEM、XRD、Laman等检测分析后,证明了石墨烯存在于镀层中,且自身存在欠缺。同时也表征出复合镀层的微观形貌、元素组成及石墨烯被包裹的形态。(5)由单因素实验得出:制备铝-镁-石墨烯复合镀层的最佳工艺因素为:石墨烯含量5g/L,电流密度7A/dm2,转子转速250r/min,电镀时长45min。
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