石墨烯对纯铝微弧氧化膜层结构及性能的影响

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本文从微弧氧化(MAO)工艺入手,探究一种将石墨烯作为辅助相来优化陶瓷膜层的工艺方法,最终得到一种功能性更优的铝基膜层材料。本文采用两种手段来制备陶瓷层:通过直接在碱性硅酸钠电解液中添加石墨烯进行微弧氧化,探究石墨烯对纯铝MAO膜层组织结构以及耐蚀性和摩擦性能的影响;结合微弧氧化技术配合电泳沉积技术的制备工艺,使石墨烯电泳沉积掺杂进入膜层中,并探究该方法对膜层微观组织结构及其耐蚀性和摩擦性能的影响。分别从电流-时间曲线、表面和断面形貌、内表面形貌、元素组成、物相组成来分析膜层的生长过程和组织结构,在功能性方面,采用电化学方法(动电位极化曲线和电化学阻抗谱)和摩擦实验对膜层的耐蚀性和摩擦性能进行评估。以不同浓度的石墨烯作为变量,探究石墨烯的加入对膜层的生长、组织结构及性能的影响,结果表明:电解液中添加石墨烯能够有效地降低起弧电压,反应电流下降,使膜层表面微孔尺寸和微裂纹缺陷得到改善;通过物相分析能够看出,石墨烯的加入促进了阳极与电解液的反应,促进莫来石相的形核;电解液中的部分石墨烯参与到膜层生长,使得C元素含量有所提升;石墨烯的加入使得膜层的耐腐蚀性能有所提升,摩擦系数有所降低。其中当石墨烯浓度达到0.15g/L时,所制备出膜层的耐腐蚀性能达到最优,同时兼具更小的摩擦系数。微弧氧化-电泳沉积石墨烯复合膜层的制备方法,是以两次微弧氧化的中断时间和有无电泳沉积石墨烯作为多个变量,探究对膜层的生长、组织结构及功能性的影响,结果表明:在进行二次微弧氧化时,具有更稳定的反应电流;该种工艺方法使得膜层的莫来石相结晶程度更高,并促进了α-Al2O3相的形成;微弧氧化-电泳沉积石墨烯复合膜层的外层的致密性有所提高,且厚度有所增加,C元素含量略有提高;通过电化学方法可以看出,具有致密外层结构的复合膜层具有更优的耐腐蚀性能,其中试样Al8+5+2的耐蚀性最优;通过摩擦实验可以看出,该工艺方法对膜层的摩擦系数影响程度较小。
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