2024-T6鋁合金表面鎳/氧化石墨烯涂層的腐蝕與磨損性能：微觀結(jié)構(gòu)與應(yīng)用潛力的深入剖析一、引言1.1研究背景與意義鋁合金作為一種重要的金屬材料，憑借其密度小、比強(qiáng)度高、可加工性好以及良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性等優(yōu)勢(shì)，在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，鋁合金被大量用于制造飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等，其輕質(zhì)特性有助于減輕飛機(jī)重量，提高燃油效率和飛行性能；在汽車工業(yè)中，鋁合金用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、輪轂、車身結(jié)構(gòu)件等，能夠有效降低汽車自重，提升燃油經(jīng)濟(jì)性和操控性能，并減少尾氣排放，符合環(huán)保要求；在電子設(shè)備領(lǐng)域，鋁合金常被用于制造外殼，不僅能滿足產(chǎn)品對(duì)輕量化和高強(qiáng)度的需求，還能提供良好的散熱性能，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。2024-T6鋁合金是Al-Cu-Mg系中的典型硬鋁合金，經(jīng)過固溶處理和人工時(shí)效后，具有較高的強(qiáng)度、硬度和良好的加工性能，在150°C以下能保持較好的力學(xué)性能，溫度高于125°C時(shí)，其強(qiáng)度比7075合金還高。熱狀態(tài)、退火和新淬火狀態(tài)下成形性能都比較好，熱處理強(qiáng)化效果顯著。2024-T6鋁合金廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、導(dǎo)彈構(gòu)件，以及汽車工業(yè)的卡車輪轂等對(duì)材料強(qiáng)度和硬度要求較高的部件制造。然而，2024-T6鋁合金也存在一些局限性，其耐腐蝕性較差，在潮濕、酸堿等惡劣環(huán)境中容易發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致材料性能下降，影響部件的使用壽命和安全性；同時(shí)，其耐磨性不足，在承受摩擦和磨損的工況下，表面容易出現(xiàn)磨損、劃傷等問題，降低部件的精度和可靠性。為了提高2024-T6鋁合金的性能，拓展其應(yīng)用范圍，在其表面制備防護(hù)涂層是一種有效的方法。鎳具有良好的耐腐蝕性、耐磨性和導(dǎo)電性，能夠?yàn)殇X合金提供一定的防護(hù)作用。氧化石墨烯是石墨烯的一種衍生物，表面含有大量的含氧官能團(tuán)，如羥基、羧基等，使其具有良好的親水性和化學(xué)活性，能與金屬表面形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵合，提高涂層與基體之間的附著力。同時(shí)，氧化石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能、阻隔性能和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)和磨損顆粒對(duì)鋁合金基體的侵蝕。將鎳和氧化石墨烯復(fù)合制備成涂層，有望綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，顯著提升2024-T6鋁合金的腐蝕和磨損性能。一方面，鎳的耐腐蝕性和耐磨性為鋁合金提供基礎(chǔ)防護(hù)；另一方面，氧化石墨烯的阻隔性能和增強(qiáng)作用進(jìn)一步提高涂層的防護(hù)效果，其二維片層結(jié)構(gòu)能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，延緩腐蝕過程，增強(qiáng)涂層的力學(xué)性能，減少磨損的發(fā)生。研究2024-T6鋁合金表面鎳/氧化石墨烯涂層的腐蝕和磨損性能，對(duì)于推動(dòng)鋁合金材料在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。在航空航天領(lǐng)域，能夠提高飛機(jī)部件在復(fù)雜環(huán)境下的可靠性和使用壽命，降低維護(hù)成本，保障飛行安全；在汽車工業(yè)中，可提升汽車零部件的耐久性和性能，促進(jìn)汽車的輕量化發(fā)展，提高能源利用效率；在電子設(shè)備領(lǐng)域，有助于提高設(shè)備外殼的防護(hù)性能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提升產(chǎn)品質(zhì)量。通過深入研究涂層的性能和作用機(jī)制，還能為開發(fā)新型高性能防護(hù)涂層提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，推動(dòng)材料表面防護(hù)技術(shù)的發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鋁合金作為一種重要的金屬材料，其表面處理技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。早期，人們主要采用陽極氧化、電鍍等傳統(tǒng)方法來提高鋁合金的耐腐蝕性和耐磨性。陽極氧化是在鋁合金表面形成一層氧化鋁膜，這層膜具有良好的耐腐蝕性和硬度，能夠有效保護(hù)鋁合金基體。電鍍則是通過在鋁合金表面鍍上一層金屬，如鋅、鎳等，來提高其耐蝕性和裝飾性。隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)鋁合金表面性能的要求越來越高，單一的表面處理技術(shù)已難以滿足需求，于是各種復(fù)合表面處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。例如，陽極氧化與電泳涂漆相結(jié)合的復(fù)合膜處理技術(shù)，既能利用陽極氧化膜的硬度和耐腐蝕性，又能通過電泳涂漆提高其裝飾性和耐候性；化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后靜電噴涂技術(shù)，通過化學(xué)轉(zhuǎn)化膜提高鋁合金表面的附著力，再結(jié)合靜電噴涂形成的涂層，增強(qiáng)其防護(hù)性能和美觀度。近年來，納米技術(shù)的興起為鋁合金表面處理帶來了新的機(jī)遇。納米材料具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、小尺寸效應(yīng)等，將納米材料引入鋁合金表面涂層中，能夠顯著提高涂層的性能。石墨烯作為一種新型的納米材料，因其優(yōu)異的力學(xué)性能、阻隔性能和化學(xué)穩(wěn)定性，在鋁合金表面防護(hù)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。眾多學(xué)者對(duì)鋁合金表面石墨烯涂層的制備和性能進(jìn)行了深入研究。有研究通過化學(xué)氣相沉積法在鋁合金表面制備石墨烯涂層，發(fā)現(xiàn)該涂層能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，顯著提高鋁合金的耐腐蝕性；還有研究采用電泳沉積法將石墨烯與聚合物復(fù)合制備涂層，結(jié)果表明涂層的耐磨性和耐劃傷性得到了明顯提升。鎳涂層在鋁合金表面防護(hù)中也有著廣泛的應(yīng)用。鎳具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，能夠?yàn)殇X合金提供有效的保護(hù)。傳統(tǒng)的鎳涂層制備方法主要有電鍍和化學(xué)鍍。電鍍鎳是在電場(chǎng)的作用下，將鎳離子沉積在鋁合金表面，形成一層均勻的鎳涂層，這種方法能夠精確控制涂層的厚度和質(zhì)量，但設(shè)備成本較高，且存在環(huán)境污染問題；化學(xué)鍍鎳則是利用還原劑將鎳離子還原為金屬鎳，并沉積在鋁合金表面，該方法不需要外加電源，操作簡(jiǎn)單，能夠在復(fù)雜形狀的工件表面獲得均勻的涂層，但鍍液穩(wěn)定性較差，成本相對(duì)較高。為了提高鎳涂層的性能，研究人員不斷探索新的制備工藝和復(fù)合技術(shù)。有研究采用脈沖電鍍技術(shù)制備鎳涂層，通過控制脈沖參數(shù)，改善了涂層的組織結(jié)構(gòu)和性能，使其硬度和耐腐蝕性得到提高；還有研究將鎳與其他元素或材料復(fù)合，如鎳-磷合金涂層、鎳-碳化硅復(fù)合涂層等，進(jìn)一步增強(qiáng)了涂層的耐磨性和耐蝕性。在鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層方面，國(guó)內(nèi)外也開展了一系列的研究工作。在材料制備方面，研究人員嘗試了多種方法來實(shí)現(xiàn)鎳與氧化石墨烯的復(fù)合。如通過原位化學(xué)還原法，在氧化石墨烯溶液中加入鎳鹽和還原劑，使鎳離子在氧化石墨烯表面還原沉積，形成鎳/氧化石墨烯復(fù)合粒子，再將其用于涂層制備；還有采用電沉積法，將氧化石墨烯與鎳離子同時(shí)電沉積在鋁合金表面，制備出鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層。在性能研究方面，眾多研究表明鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐磨性能。有研究對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層在3.5%NaCl溶液中的耐腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其自腐蝕電位明顯正移，自腐蝕電流密度顯著降低，表明涂層的耐腐蝕性能得到了大幅提升；在磨損性能測(cè)試中，復(fù)合涂層的磨損率明顯低于單一鎳涂層，顯示出良好的耐磨性能。在不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究中，鎳/氧化石墨烯涂層也展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在航空航天領(lǐng)域，有研究將該涂層應(yīng)用于鋁合金航空部件表面，經(jīng)過模擬飛行環(huán)境下的腐蝕和磨損測(cè)試，發(fā)現(xiàn)涂層能夠有效保護(hù)部件，延長(zhǎng)其使用壽命，保障飛行安全；在汽車工業(yè)中，將鎳/氧化石墨烯涂層應(yīng)用于汽車鋁合金輪轂表面，不僅提高了輪轂的耐腐蝕性，使其在惡劣的道路環(huán)境下不易生銹，還增強(qiáng)了其耐磨性，減少了輪轂表面的磨損和劃傷，提高了輪轂的美觀度和使用壽命；在電子設(shè)備領(lǐng)域，有研究嘗試將該涂層應(yīng)用于鋁合金外殼表面，結(jié)果表明涂層能夠有效防止外殼被腐蝕，同時(shí)提高了外殼的耐磨性，減少了日常使用中的磨損痕跡，提升了電子設(shè)備的外觀品質(zhì)和防護(hù)性能。盡管目前對(duì)2024-T6鋁合金表面鎳/氧化石墨烯涂層的研究取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。在涂層制備工藝方面，現(xiàn)有的制備方法還不夠成熟，存在工藝復(fù)雜、成本較高、難以大規(guī)模生產(chǎn)等問題；在涂層性能研究方面，對(duì)涂層的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐疲勞性能以及在復(fù)雜環(huán)境下的綜合性能等方面的研究還不夠深入；在作用機(jī)制方面，雖然對(duì)鎳/氧化石墨烯涂層的腐蝕和磨損防護(hù)機(jī)制有了一定的認(rèn)識(shí)，但還需要進(jìn)一步深入研究，以揭示其內(nèi)在的作用原理，為涂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的制備：采用電沉積法在2024-T6鋁合金表面制備鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層。首先，對(duì)2024-T6鋁合金基體進(jìn)行預(yù)處理，包括打磨、除油、除銹等，以確?；w表面的清潔和平整，為后續(xù)涂層的制備提供良好的基礎(chǔ)。然后，通過超聲分散等方法將氧化石墨烯均勻分散在鍍鎳溶液中，形成穩(wěn)定的鍍液體系。在電沉積過程中，精確控制電流密度、沉積時(shí)間、鍍液溫度等工藝參數(shù)，研究不同參數(shù)對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)和性能的影響，探索制備性能優(yōu)良的鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的最佳工藝條件。涂層微觀結(jié)構(gòu)分析：運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的表面形貌和截面結(jié)構(gòu)，分析涂層的厚度、均勻性以及氧化石墨烯在鎳基體中的分布情況；利用透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)一步研究涂層的微觀結(jié)構(gòu)，觀察氧化石墨烯與鎳之間的界面結(jié)合狀態(tài)，以及涂層中的晶體結(jié)構(gòu)和缺陷；通過X射線衍射儀（XRD）分析涂層的物相組成，確定涂層中各元素的存在形式和晶體結(jié)構(gòu)，為深入理解涂層的性能提供微觀結(jié)構(gòu)依據(jù)。涂層耐腐蝕性能測(cè)試：采用電化學(xué)工作站，通過開路電位-時(shí)間曲線、極化曲線和電化學(xué)阻抗譜等測(cè)試方法，研究鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層在3.5%NaCl溶液等模擬腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性能。分析涂層的自腐蝕電位、自腐蝕電流密度、極化電阻等電化學(xué)參數(shù)，評(píng)估涂層對(duì)2024-T6鋁合金基體的腐蝕防護(hù)效果。同時(shí)，進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，將涂覆有鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的鋁合金試樣暴露在鹽霧環(huán)境中，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間間隔觀察試樣表面的腐蝕情況，記錄腐蝕產(chǎn)物的生成、涂層的起泡、剝落等現(xiàn)象，通過腐蝕評(píng)級(jí)等方法對(duì)涂層的耐鹽霧腐蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。涂層耐磨性能測(cè)試：利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，在干摩擦和不同潤(rùn)滑條件下，對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層進(jìn)行耐磨性能測(cè)試。通過測(cè)量摩擦系數(shù)、磨損率等參數(shù)，評(píng)估涂層的耐磨性能。在測(cè)試過程中，改變載荷、滑動(dòng)速度、磨損時(shí)間等試驗(yàn)條件，研究不同條件對(duì)涂層耐磨性能的影響規(guī)律。采用SEM觀察磨損后的涂層表面形貌，分析磨損機(jī)制，探討氧化石墨烯在提高涂層耐磨性能方面的作用。涂層腐蝕和磨損防護(hù)機(jī)制研究：結(jié)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)分析、耐腐蝕性能測(cè)試和耐磨性能測(cè)試結(jié)果，深入研究鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的腐蝕和磨損防護(hù)機(jī)制。從物理阻隔、化學(xué)活性、力學(xué)性能等方面，分析氧化石墨烯和鎳在涂層中的協(xié)同作用，揭示涂層如何有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵蝕，減少磨損的發(fā)生，為進(jìn)一步優(yōu)化涂層性能提供理論指導(dǎo)。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)法：通過設(shè)計(jì)并實(shí)施一系列實(shí)驗(yàn)，制備鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層，并對(duì)涂層的微觀結(jié)構(gòu)、耐腐蝕性能和耐磨性能進(jìn)行測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置多個(gè)平行樣本，以減少實(shí)驗(yàn)誤差，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提高研究結(jié)論的可信度。微觀結(jié)構(gòu)分析方法：運(yùn)用SEM、TEM和XRD等微觀分析技術(shù)，對(duì)涂層的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析。SEM用于觀察涂層的表面和截面形貌，提供宏觀的結(jié)構(gòu)信息；TEM則深入到微觀層面，研究涂層的晶體結(jié)構(gòu)和界面結(jié)合情況；XRD通過分析衍射圖譜，確定涂層的物相組成。這些微觀分析方法相互補(bǔ)充，能夠從不同角度揭示涂層的微觀結(jié)構(gòu)特征，為理解涂層性能提供關(guān)鍵依據(jù)。電化學(xué)測(cè)試方法：利用電化學(xué)工作站進(jìn)行開路電位-時(shí)間曲線、極化曲線和電化學(xué)阻抗譜等測(cè)試，通過分析這些測(cè)試數(shù)據(jù)，獲取涂層在腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)行為信息，如自腐蝕電位、自腐蝕電流密度、極化電阻等參數(shù)，從而評(píng)估涂層的耐腐蝕性能。這些電化學(xué)測(cè)試方法能夠快速、準(zhǔn)確地反映涂層在腐蝕過程中的電化學(xué)變化，為研究涂層的腐蝕防護(hù)性能提供重要手段。摩擦磨損測(cè)試方法：使用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，模擬實(shí)際工況下的摩擦磨損條件，對(duì)涂層的耐磨性能進(jìn)行測(cè)試。通過測(cè)量摩擦系數(shù)、磨損率等參數(shù)，直觀地評(píng)估涂層的耐磨性能。同時(shí)，結(jié)合磨損后的表面形貌觀察，深入分析磨損機(jī)制，為研究涂層的耐磨性能提供全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析依據(jù)。理論分析方法：在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料科學(xué)、電化學(xué)、摩擦學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)涂層的腐蝕和磨損防護(hù)機(jī)制進(jìn)行深入分析。通過建立理論模型，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，揭示涂層性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系，為涂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能提升提供理論指導(dǎo)。二、2024-T6鋁合金及鎳/氧化石墨烯涂層概述2.12024-T6鋁合金特性2024-T6鋁合金是Al-Cu-Mg系中的典型硬鋁合金，其合金成分主要包括鋁（Al）、銅（Cu）、鎂（Mg）、錳（Mn）等元素。各主要元素在合金中發(fā)揮著不同的作用。銅是2024-T6鋁合金中的關(guān)鍵強(qiáng)化元素，適量的銅加入能夠形成強(qiáng)化相，如θ相（Al?Cu），顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度。在合金中，銅原子與鋁原子形成固溶體，通過固溶強(qiáng)化作用提高合金的強(qiáng)度；同時(shí)，時(shí)效處理過程中，θ相從過飽和固溶體中析出，彌散分布在鋁基體中，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化效果，進(jìn)一步增強(qiáng)合金的力學(xué)性能。鎂元素與銅協(xié)同作用，形成S相（Al?CuMg），這種強(qiáng)化相具有較高的硬度和穩(wěn)定性，能夠有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高合金的強(qiáng)度和韌性。錳元素主要用于提高合金的耐蝕性和細(xì)化晶粒，它可以降低銅在晶界的偏聚，減少晶界腐蝕的傾向，同時(shí)，錳還能抑制再結(jié)晶過程，使晶粒細(xì)化，從而改善合金的綜合性能。2024-T6鋁合金的典型化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：硅（Si）≤0.5%、鐵（Fe）≤0.5%、銅（Cu）3.8%-4.9%、錳（Mn）0.3%-0.9%、鎂（Mg）1.2%-1.8%、鉻（Cr）≤0.10%、鋅（Zn）≤0.25%，其余為鋁。經(jīng)過固溶處理和人工時(shí)效（T6處理）后，2024-T6鋁合金展現(xiàn)出出色的力學(xué)性能。其抗拉強(qiáng)度通?！?25MPa，條件屈服強(qiáng)度≥275MPa，具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠承受較大的載荷。在航空航天領(lǐng)域，飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身等結(jié)構(gòu)件需要承受飛行過程中的各種力學(xué)載荷，2024-T6鋁合金的高強(qiáng)度特性使其能夠滿足這些結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求，確保飛機(jī)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。該合金還具有良好的加工性能，在熱狀態(tài)、退火和新淬火狀態(tài)下，其成形性能都比較理想，易于進(jìn)行鍛造、擠壓、機(jī)械加工等工藝操作。在汽車輪轂制造中，通過鍛造工藝，可以將2024-T6鋁合金加工成各種復(fù)雜形狀的輪轂，滿足汽車對(duì)輕量化和高強(qiáng)度的需求。在150°C以下，2024-T6鋁合金能保持較好的力學(xué)性能，溫度高于125°C時(shí)，其強(qiáng)度比7075合金還高，這使其在一些對(duì)溫度有一定要求的工作環(huán)境中具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。由于其優(yōu)異的綜合性能，2024-T6鋁合金在多個(gè)重要領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，它是制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵材料之一，如飛機(jī)的骨架零件、蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、鉚釘?shù)?。飛機(jī)在飛行過程中，需要承受巨大的空氣動(dòng)力、重力以及各種復(fù)雜的應(yīng)力，2024-T6鋁合金的高強(qiáng)度和良好的加工性能，使其能夠滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)件對(duì)材料性能的嚴(yán)苛要求，保障飛機(jī)的安全飛行。在導(dǎo)彈構(gòu)件制造中，2024-T6鋁合金也被大量使用，導(dǎo)彈在發(fā)射和飛行過程中會(huì)經(jīng)歷高溫、高壓、高速氣流沖刷等惡劣環(huán)境，2024-T6鋁合金的高強(qiáng)度和一定的耐熱性，使其能夠承受這些極端條件，確保導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)完整性和性能可靠性。在汽車工業(yè)中，2024-T6鋁合金常用于制造卡車輪轂?？ㄜ囋谛旭傔^程中，輪轂需要承受車輛的重量、路面的沖擊力以及各種復(fù)雜的應(yīng)力，2024-T6鋁合金的高強(qiáng)度和良好的耐磨性，使其能夠滿足卡車輪轂的使用要求，提高輪轂的使用壽命和安全性。2024-T6鋁合金也存在一些性能上的不足，尤其是在耐蝕性和耐磨性方面。該合金的耐腐蝕性較差，在潮濕、酸堿等惡劣環(huán)境中容易發(fā)生腐蝕。這主要是由于合金中的銅元素，銅的電極電位相對(duì)較高，與鋁基體形成腐蝕微電池，在有電解質(zhì)存在的情況下，鋁基體作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。在海洋環(huán)境中，海水中含有大量的鹽分和其他腐蝕性物質(zhì)，2024-T6鋁合金暴露在這樣的環(huán)境中，容易發(fā)生點(diǎn)蝕、晶間腐蝕等，嚴(yán)重影響材料的性能和使用壽命。2024-T6鋁合金的耐磨性不足，在承受摩擦和磨損的工況下，表面容易出現(xiàn)磨損、劃傷等問題。這是因?yàn)楹辖鸬挠捕认鄬?duì)有限，在受到摩擦作用時(shí)，表面的材料容易被磨損掉，導(dǎo)致表面粗糙度增加，精度下降。在一些機(jī)械傳動(dòng)部件中，2024-T6鋁合金的耐磨性不足會(huì)導(dǎo)致部件的磨損加劇，需要頻繁更換部件，增加了設(shè)備的維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間。2.2鎳/氧化石墨烯涂層介紹鎳（Nickel，Ni）是一種銀白色金屬，在元素周期表中位于第4周期、第Ⅷ族。鎳具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在空氣中，其表面能迅速形成一層致密的氧化膜，這層氧化膜能夠有效阻止氧氣和其他腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步與鎳基體發(fā)生反應(yīng)，從而保護(hù)鎳不被腐蝕。在潮濕的空氣中，鎳的腐蝕速度非常緩慢，這使得鎳在許多環(huán)境中都能保持較好的穩(wěn)定性。鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.25V（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極），與許多金屬相比，其電極電位相對(duì)較高，在電化學(xué)反應(yīng)中不易失去電子，表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性。在與鐵等金屬組成的電偶對(duì)中，鎳作為陰極，能夠減緩鐵的腐蝕速度。鎳的硬度較高，其維氏硬度通常在100-200HV之間，這使得鎳涂層能夠承受一定程度的摩擦和磨損。在一些機(jī)械零件的表面鍍鎳，可以提高零件表面的硬度，減少磨損，延長(zhǎng)零件的使用壽命。鎳還具有良好的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率為1.43×10?S/m，這一特性使其在電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如在電子元件的電極、導(dǎo)線等部位鍍鎳，可以提高電子元件的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。由于鎳具有以上優(yōu)良特性，鎳涂層在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。在機(jī)械制造領(lǐng)域，許多機(jī)械零件需要在惡劣的工況下運(yùn)行，如承受摩擦、磨損、腐蝕等，在這些零件表面鍍鎳，可以顯著提高零件的耐磨、耐蝕性能，延長(zhǎng)零件的使用壽命。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、曲軸等零件表面鍍鎳，能夠提高零件的耐磨性和耐腐蝕性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。在電子設(shè)備領(lǐng)域，電子元件需要具備良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，鎳涂層可以滿足這一需求。在印刷電路板上，通過鍍鎳可以提高線路的導(dǎo)電性和抗氧化性，確保電子信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。在裝飾領(lǐng)域，鎳涂層具有良好的光澤和裝飾性，能夠?yàn)楫a(chǎn)品增添美觀度。許多金屬制品，如門把手、衛(wèi)浴潔具等，表面鍍鎳后，不僅提高了耐腐蝕性，還使其外觀更加美觀、高檔。氧化石墨烯（GrapheneOxide，GO）是石墨烯的一種重要衍生物。它是通過對(duì)石墨進(jìn)行氧化處理，然后經(jīng)過超聲剝離、分散和粉碎等工藝得到的片層狀物質(zhì)。氧化石墨烯屬于單原子層厚度的二維結(jié)構(gòu)納米材料，由sp2、sp3雜化的碳原子共同組成。其結(jié)構(gòu)中存在多種含氧親水性官能團(tuán)，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）和環(huán)氧基（-O-）等。這些含氧官能團(tuán)賦予了氧化石墨烯許多獨(dú)特的性質(zhì)。在水介質(zhì)中，氧化石墨烯具有良好的分散性，這是因?yàn)槠浔砻娴挠H水性官能團(tuán)能夠與水分子形成氫鍵，從而使氧化石墨烯能夠均勻地分散在水中，形成穩(wěn)定的懸浮液。氧化石墨烯的比表面積較大，理論比表面積可達(dá)2630m2/g，較大的比表面積使其具有很強(qiáng)的吸附能力，能夠有效地吸附各種物質(zhì)，如金屬離子、有機(jī)分子等，這一特性在復(fù)合材料制備和吸附分離等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。在制備鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層時(shí)，氧化石墨烯可以通過吸附鎳離子，促進(jìn)鎳在其表面的沉積，從而實(shí)現(xiàn)兩者的復(fù)合。氧化石墨烯還具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)130GPa，楊氏模量約為1.0TPa，這使得它在增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能方面具有巨大潛力。在與鎳復(fù)合形成涂層時(shí)，氧化石墨烯能夠有效地增強(qiáng)鎳涂層的力學(xué)性能，提高涂層的耐磨性和抗變形能力。氧化石墨烯具有良好的阻隔性能，其二維片層結(jié)構(gòu)能夠有效地阻擋氣體、液體和離子的滲透。在防腐領(lǐng)域，這一特性可以有效阻擋腐蝕介質(zhì)的侵入，保護(hù)基體材料不被腐蝕。當(dāng)氧化石墨烯存在于鎳涂層中時(shí)，它能夠在涂層中形成一種物理屏障，阻止腐蝕介質(zhì)與鎳基體和鋁合金基體接觸，從而提高涂層的耐腐蝕性能。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，氧化石墨烯在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。在能源領(lǐng)域，它被用于制備高性能的電池電極材料和超級(jí)電容器，能夠提高電池的充放電性能和循環(huán)壽命；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，氧化石墨烯可用于藥物輸送、生物成像和生物傳感器等方面，其良好的生物相容性和高載藥能力使其成為一種理想的藥物載體；在環(huán)境領(lǐng)域，氧化石墨烯可用于吸附和去除水中的污染物，如重金屬離子、有機(jī)污染物等，其大比表面積和豐富的官能團(tuán)能夠與污染物發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，實(shí)現(xiàn)高效的吸附去除。將鎳與氧化石墨烯復(fù)合形成鎳/氧化石墨烯涂層，能夠綜合兩者的優(yōu)勢(shì)，在防腐和耐磨等領(lǐng)域展現(xiàn)出更出色的性能。鎳的良好耐腐蝕性和導(dǎo)電性為涂層提供了基礎(chǔ)的防護(hù)和電學(xué)性能，而氧化石墨烯的優(yōu)異力學(xué)性能、阻隔性能和大比表面積等特性則進(jìn)一步增強(qiáng)了涂層的防護(hù)能力。在耐腐蝕方面，氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)能夠像鱗片一樣層層疊加，在涂層中形成曲折的路徑，極大地阻礙腐蝕介質(zhì)的滲透。即使鎳涂層局部出現(xiàn)缺陷，氧化石墨烯也能憑借其阻隔性能，延緩腐蝕介質(zhì)到達(dá)鋁合金基體的速度，從而提高整個(gè)涂層的耐腐蝕性能。在耐磨方面，氧化石墨烯的高強(qiáng)度和高模量能夠有效增強(qiáng)鎳涂層的力學(xué)性能。當(dāng)涂層受到摩擦作用時(shí)，氧化石墨烯可以承受部分載荷，減少鎳基體的磨損，其片層結(jié)構(gòu)還能在摩擦表面起到潤(rùn)滑作用，降低摩擦系數(shù)，進(jìn)一步減少磨損的發(fā)生。鎳/氧化石墨烯涂層在航空航天、汽車、電子等對(duì)材料性能要求較高的領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在航空航天領(lǐng)域，可用于保護(hù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件、機(jī)身結(jié)構(gòu)件等免受高溫、腐蝕和磨損的影響；在汽車領(lǐng)域，可用于提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、輪轂等的耐腐蝕和耐磨性能；在電子領(lǐng)域，可用于保護(hù)電子設(shè)備的金屬外殼和內(nèi)部零部件，提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)選用尺寸為50mm×50mm×3mm的2024-T6鋁合金板材作為基體材料，其主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：Cu4.2%、Mg1.5%、Mn0.6%，其余為Al。該鋁合金板材購自[具體供應(yīng)商名稱]，其表面平整，無明顯缺陷，且具有良好的加工性能和力學(xué)性能，符合實(shí)驗(yàn)要求。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)鋁合金板材進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理，以確保表面清潔和平整，為后續(xù)涂層制備提供良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中用到的鎳鹽為硫酸鎳（NiSO??6H?O），分析純，純度≥99%，購自[試劑供應(yīng)商名稱]。硫酸鎳在實(shí)驗(yàn)中作為鎳離子的主要來源，其純度和雜質(zhì)含量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有重要影響。高純度的硫酸鎳能夠保證鍍液中鎳離子的穩(wěn)定供應(yīng)，減少雜質(zhì)對(duì)涂層性能的不良影響。次磷酸鈉（NaH?PO??H?O），分析純，純度≥99%，同樣購自[試劑供應(yīng)商名稱]，在實(shí)驗(yàn)中用作還原劑，用于將鎳離子還原為金屬鎳并沉積在鋁合金表面。檸檬酸（C?H?O??H?O），分析純，純度≥99.5%，購自[試劑供應(yīng)商名稱]，作為絡(luò)合劑添加到鍍液中，其作用是與鎳離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，控制鎳離子的釋放速度，從而改善鍍層的質(zhì)量和均勻性。氨水（NH??H?O），分析純，濃度為25%-28%，購自[試劑供應(yīng)商名稱]，用于調(diào)節(jié)鍍液的pH值，使鍍液保持在適宜的酸堿度范圍內(nèi)，以保證化學(xué)鍍鎳反應(yīng)的順利進(jìn)行。以上試劑均為分析純級(jí)別，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)試劑純度的要求，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。氧化石墨烯的制備原料為天然鱗片石墨，購自[石墨供應(yīng)商名稱]，其固定碳含量≥99%，粒度為-325目。高固定碳含量的天然鱗片石墨能夠保證氧化石墨烯的質(zhì)量和性能，粒度為-325目使其具有較大的比表面積，有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。在氧化石墨烯的制備過程中，還使用了濃硫酸（H?SO?），分析純，濃度為98%，購自[試劑供應(yīng)商名稱]；高錳酸鉀（KMnO?），分析純，純度≥99.5%，購自[試劑供應(yīng)商名稱]；硝酸鈉（NaNO?），分析純，純度≥99%，購自[試劑供應(yīng)商名稱]；30%雙氧水（H?O?），分析純，購自[試劑供應(yīng)商名稱]；35%鹽酸（HCl），分析純，購自[試劑供應(yīng)商名稱]；蒸餾水，自制，通過蒸餾設(shè)備制備，確保水中無雜質(zhì)，滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)水質(zhì)的要求。這些試劑在氧化石墨烯的制備過程中發(fā)揮著重要作用，濃硫酸和高錳酸鉀作為強(qiáng)氧化劑，用于氧化天然鱗片石墨；硝酸鈉作為輔助氧化劑，增強(qiáng)氧化效果；雙氧水用于還原過量的高錳酸鉀，終止氧化反應(yīng)；鹽酸用于清洗氧化石墨烯，去除雜質(zhì)；蒸餾水則用于溶解和稀釋試劑，以及清洗制備過程中的產(chǎn)物。3.2涂層制備工藝3.2.1化學(xué)鍍鎳工藝在進(jìn)行化學(xué)鍍鎳之前，對(duì)2024-T6鋁合金基體進(jìn)行全面細(xì)致的預(yù)處理。首先，使用不同目數(shù)的砂紙對(duì)鋁合金表面進(jìn)行逐級(jí)打磨，從80目粗砂紙開始，去除表面的較大劃痕和氧化皮，然后依次更換120目、240目、400目、600目砂紙，使表面粗糙度逐漸降低，最終達(dá)到Ra0.8-Ra1.6μm的平整度。打磨過程中，保持均勻的打磨力度和方向，確保表面打磨均勻，避免出現(xiàn)局部打磨過度或不足的情況。打磨后，將鋁合金試樣放入超聲波清洗機(jī)中，加入適量的無水乙醇作為清洗劑，超聲清洗15-20分鐘，以去除表面殘留的磨屑和油污。清洗后，用蒸餾水沖洗干凈，再將試樣放入堿性除油劑中，在60-70°C的溫度下浸泡10-15分鐘。堿性除油劑的配方為：NaOH25g/L、Na?PO??12H?O20g/L、Na?SiO??12H?O10g/L、Na?CO?20g/L，通過堿性除油劑中的堿性物質(zhì)與油污發(fā)生皂化反應(yīng)，將油污去除。除油后，再次用蒸餾水沖洗，確保表面無堿性物質(zhì)殘留。接著，將試樣放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸溶液中進(jìn)行酸洗，酸洗時(shí)間為3-5分鐘，以去除表面的氧化膜，露出新鮮的金屬表面。酸洗后，立即用大量蒸餾水沖洗，防止酸液殘留對(duì)后續(xù)工藝產(chǎn)生影響?；瘜W(xué)鍍鎳液的配制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將15g/L的硫酸鎳（NiSO??6H?O）、20g/L的次磷酸鈉（NaH?PO??H?O）、10g/L的檸檬酸（C?H?O??H?O）和適量的氨水（NH??H?O）依次加入到蒸餾水中。其中，硫酸鎳提供鎳離子，是鍍層鎳的來源；次磷酸鈉作為還原劑，將鎳離子還原為金屬鎳并沉積在鋁合金表面；檸檬酸作為絡(luò)合劑，與鎳離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，控制鎳離子的釋放速度，從而改善鍍層的質(zhì)量和均勻性。氨水用于調(diào)節(jié)鍍液的pH值，使其保持在4.5-5.5的范圍內(nèi)，適宜的pH值能夠保證化學(xué)鍍鎳反應(yīng)的順利進(jìn)行。在配制過程中，使用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢瑁垢鞒煞志鶆蛉芙?，形成穩(wěn)定的鍍液。將預(yù)處理后的2024-T6鋁合金試樣放入化學(xué)鍍鎳液中，在85-90°C的溫度下進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，鍍鎳時(shí)間為60-90分鐘。在鍍鎳過程中，持續(xù)攪拌鍍液，使鍍液中的離子分布均勻，確保鍍層厚度的一致性。同時(shí)，使用恒溫加熱裝置嚴(yán)格控制鍍液溫度，溫度波動(dòng)控制在±2°C范圍內(nèi)，避免溫度過高或過低對(duì)鍍鎳效果產(chǎn)生不利影響。溫度過高可能導(dǎo)致鍍液分解，溫度過低則會(huì)使鍍鎳反應(yīng)速率減慢，影響鍍層質(zhì)量。經(jīng)過化學(xué)鍍鎳后，在鋁合金表面形成一層均勻的鎳鍍層，鍍層厚度約為5-8μm。通過對(duì)鍍鎳工藝參數(shù)的精確控制，能夠獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的鎳鍍層，為后續(xù)制備鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層奠定良好的基礎(chǔ)。3.2.2氧化石墨烯分散工藝采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯。將1g天然鱗片石墨和0.5g硝酸鈉（NaNO?）加入到23mL濃硫酸（H?SO?，98%）中，在冰浴條件下攪拌均勻。冰浴的目的是控制反應(yīng)溫度，防止反應(yīng)過于劇烈。然后，在30分鐘內(nèi)緩慢加入3g高錳酸鉀（KMnO?），加入過程中保持低溫并持續(xù)攪拌。高錳酸鉀是強(qiáng)氧化劑，在低溫下緩慢加入能夠使氧化反應(yīng)更均勻地進(jìn)行，避免局部氧化過度。加入高錳酸鉀后，反應(yīng)體系上層逐漸變成淺綠色，混合物開始變得粘稠。接著，將冰浴換成35°C的水浴鍋，恒溫?cái)嚢?0分鐘，此時(shí)反應(yīng)體系變成墨綠色，混合物非常粘稠。隨后，向錐形瓶中緩慢加入46mL100°C的蒸餾水，10分鐘內(nèi)加完，控制水浴溫度維持在98°C反應(yīng)15分鐘，并持續(xù)攪拌。加入蒸餾水后，反應(yīng)體系劇烈放熱，呈現(xiàn)出紫紅色，混合物從粘稠狀態(tài)逐漸變稀，顏色變?yōu)楹稚Ｗ詈?，向反?yīng)體系中加入10mL30%雙氧水（H?O?），使過量的高錳酸鉀完全反應(yīng)，溶液顏色變?yōu)榱咙S色。再用35%鹽酸（HCl）溶液和蒸餾水反復(fù)洗滌，去除雜質(zhì)離子，通過離心分離得到氧化石墨烯固體。將氧化石墨烯固體分散在蒸餾水中，超聲處理2-3小時(shí)，使氧化石墨烯充分剝離并均勻分散，得到濃度為1mg/mL的氧化石墨烯分散液。為了進(jìn)一步提高氧化石墨烯在鍍液中的分散穩(wěn)定性，采用超聲輔助和添加分散劑的方法。在超聲處理過程中，超聲頻率設(shè)置為40-60kHz，超聲功率為200-300W。超聲波的作用能夠使氧化石墨烯片層之間的團(tuán)聚體被打散，促進(jìn)其在溶液中的均勻分散。同時(shí)，向氧化石墨烯分散液中加入0.5g/L的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作為分散劑。PVP具有良好的親水性和分散性，能夠吸附在氧化石墨烯表面，通過空間位阻效應(yīng)和靜電排斥作用，防止氧化石墨烯重新團(tuán)聚，從而提高其在鍍液中的分散穩(wěn)定性。經(jīng)過超聲輔助和分散劑處理后，氧化石墨烯在分散液中能夠穩(wěn)定存在，為后續(xù)制備鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層提供均勻分散的氧化石墨烯原料。3.2.3復(fù)合涂層制備工藝將化學(xué)鍍鎳后的鋁合金試樣放入含有氧化石墨烯的鍍鎳溶液中，進(jìn)行復(fù)合電沉積。鍍鎳溶液中除了含有化學(xué)鍍鎳液的成分外，還加入了一定量的氧化石墨烯分散液，使氧化石墨烯的濃度為0.5-1.5g/L。在電沉積過程中，采用恒電流沉積方式，電流密度控制在1-3A/dm2。電流密度的選擇對(duì)復(fù)合涂層的質(zhì)量有重要影響，較低的電流密度會(huì)導(dǎo)致沉積速率較慢，涂層厚度不均勻；較高的電流密度則可能使涂層表面粗糙，出現(xiàn)燒焦等現(xiàn)象。通過控制合適的電流密度，能夠使鎳離子和氧化石墨烯在電場(chǎng)作用下共同沉積在鋁合金表面，形成均勻致密的鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層。沉積時(shí)間為30-60分鐘，隨著沉積時(shí)間的增加，涂層厚度逐漸增加，但過長(zhǎng)的沉積時(shí)間可能導(dǎo)致涂層內(nèi)應(yīng)力增大，影響涂層的附著力和性能。沉積溫度保持在40-50°C，適宜的溫度有助于提高離子的擴(kuò)散速度和沉積速率，同時(shí)保證氧化石墨烯在鍍液中的穩(wěn)定性。在電沉積過程中，持續(xù)攪拌鍍液，使鍍液中的離子和氧化石墨烯分布均勻，確保復(fù)合涂層的質(zhì)量一致性。攪拌速度控制在200-300r/min，避免攪拌速度過快導(dǎo)致氧化石墨烯的團(tuán)聚或脫落。制備完成后，對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層進(jìn)行后處理。將鍍有復(fù)合涂層的試樣從鍍液中取出，用蒸餾水沖洗干凈，去除表面殘留的鍍液。然后，將試樣放入烘箱中，在150-180°C的溫度下熱處理1-2小時(shí)。熱處理的目的是消除涂層內(nèi)應(yīng)力，提高涂層與基體之間的結(jié)合力，同時(shí)改善涂層的組織結(jié)構(gòu)和性能。經(jīng)過熱處理后，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的硬度和耐磨性得到進(jìn)一步提升，涂層的耐腐蝕性能也有所增強(qiáng)。通過優(yōu)化復(fù)合涂層制備工藝參數(shù)，能夠獲得性能優(yōu)良的鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層，滿足對(duì)2024-T6鋁合金表面防護(hù)的要求。3.3性能測(cè)試方法利用CHI660E電化學(xué)工作站對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的耐腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試。將涂覆有復(fù)合涂層的2024-T6鋁合金試樣作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鉑片電極作為對(duì)電極，共同組成三電極體系。將該體系置于3.5%NaCl溶液中，進(jìn)行開路電位-時(shí)間曲線測(cè)試。在測(cè)試過程中，保持溶液靜止，溫度控制在25±2°C，記錄工作電極在溶液中的開路電位隨時(shí)間的變化情況，測(cè)試時(shí)間為1-2小時(shí)，通過開路電位的變化趨勢(shì)，初步了解涂層在腐蝕介質(zhì)中的穩(wěn)定性。進(jìn)行極化曲線測(cè)試時(shí)，掃描速率設(shè)置為0.01V/s，掃描電位范圍為相對(duì)于開路電位的-0.25V到+0.25V。極化曲線能夠反映涂層在腐蝕過程中的電化學(xué)行為，通過分析極化曲線，可以得到涂層的自腐蝕電位（Ecorr）、自腐蝕電流密度（Icorr）等重要參數(shù)。自腐蝕電位越正，說明涂層的耐腐蝕性能越好；自腐蝕電流密度越小，表明涂層的腐蝕速率越低。利用電化學(xué)工作站的軟件對(duì)極化曲線進(jìn)行擬合分析，準(zhǔn)確獲取這些電化學(xué)參數(shù)，為評(píng)估涂層的耐腐蝕性能提供量化依據(jù)。采用電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試進(jìn)一步研究涂層的耐腐蝕性能。測(cè)試頻率范圍設(shè)置為100kHz-0.01Hz，交流擾動(dòng)信號(hào)幅值為10mV。EIS測(cè)試能夠提供關(guān)于涂層腐蝕過程中電極/溶液界面的阻抗信息，通過分析阻抗譜圖，可以了解涂層的電阻、電容等特性，進(jìn)而推斷涂層的耐腐蝕機(jī)制。在測(cè)試過程中，確保測(cè)試環(huán)境的穩(wěn)定，避免外界干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。利用ZSimpWin軟件對(duì)EIS數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立合適的等效電路模型，通過擬合得到的電路參數(shù)，如涂層電阻（Rc）、電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct）等，深入分析涂層的耐腐蝕性能。涂層電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻越大，說明涂層對(duì)腐蝕介質(zhì)的阻隔能力越強(qiáng)，耐腐蝕性能越好。按照GB/T10125-2021《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。將涂覆有復(fù)合涂層的鋁合金試樣放入鹽霧試驗(yàn)箱中，鹽霧試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度控制在35±2°C，相對(duì)濕度為95%-98%，采用5%NaCl溶液作為鹽霧溶液，噴霧方式為連續(xù)噴霧。在試驗(yàn)過程中，定期觀察試樣表面的腐蝕情況，記錄腐蝕產(chǎn)物的生成、涂層的起泡、剝落等現(xiàn)象。每隔24小時(shí)取出試樣，用蒸餾水沖洗表面的鹽霧沉積物，然后在室溫下干燥1-2小時(shí)，再放回鹽霧試驗(yàn)箱中繼續(xù)試驗(yàn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腐蝕評(píng)級(jí)方法，對(duì)試驗(yàn)后的試樣進(jìn)行評(píng)級(jí)，評(píng)估涂層的耐鹽霧腐蝕性能。腐蝕評(píng)級(jí)越低，說明涂層的耐鹽霧腐蝕性能越好。使用MMW-1A萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的耐磨性能進(jìn)行測(cè)試。采用銷盤式摩擦副，將涂覆有復(fù)合涂層的鋁合金試樣作為圓盤，直徑為50mm，厚度為3mm；摩擦銷選用Si3N4陶瓷銷，直徑為6mm。在干摩擦條件下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，載荷設(shè)置為5-15N，滑動(dòng)速度為0.1-0.3m/s，磨損時(shí)間為30-60分鐘。在測(cè)試過程中，通過試驗(yàn)機(jī)的傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量摩擦系數(shù)，記錄摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線。摩擦系數(shù)反映了涂層表面在摩擦過程中的阻力大小，摩擦系數(shù)越低，說明涂層的耐磨性越好。磨損試驗(yàn)結(jié)束后，用精度為0.01mg的電子天平測(cè)量試樣的質(zhì)量損失，根據(jù)質(zhì)量損失和試樣的密度計(jì)算磨損率。磨損率的計(jì)算公式為：W=Δm/(ρ×S×L)，其中W為磨損率（mg/(N?m)），Δm為質(zhì)量損失（mg），ρ為試樣材料的密度（g/cm3），S為磨損面積（m2），L為磨損行程（m）。磨損率越低，表明涂層的耐磨性能越好。在不同潤(rùn)滑條件下進(jìn)行耐磨性能測(cè)試時(shí)，分別選用機(jī)油和水作為潤(rùn)滑劑。在試驗(yàn)過程中，保持載荷、滑動(dòng)速度和磨損時(shí)間與干摩擦條件下相同，通過在摩擦副表面滴加潤(rùn)滑劑，模擬實(shí)際工況中的潤(rùn)滑狀態(tài)。同樣記錄摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，并測(cè)量磨損后的質(zhì)量損失，計(jì)算磨損率。對(duì)比干摩擦和不同潤(rùn)滑條件下的測(cè)試結(jié)果，分析潤(rùn)滑對(duì)涂層耐磨性能的影響。通過在不同潤(rùn)滑條件下的測(cè)試，可以更全面地了解涂層在實(shí)際使用中的耐磨性能，為涂層的應(yīng)用提供更準(zhǔn)確的參考依據(jù)。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察磨損后的涂層表面形貌。在觀察前，對(duì)磨損后的試樣進(jìn)行清洗，去除表面的磨損碎屑和雜質(zhì)。將清洗后的試樣固定在SEM樣品臺(tái)上，噴金處理后放入SEM中進(jìn)行觀察。通過SEM的高分辨率圖像，可以清晰地看到磨損表面的磨損痕跡、劃痕、剝落等現(xiàn)象，分析磨損機(jī)制。在低倍率下，觀察磨損表面的整體形貌，了解磨損區(qū)域的分布和范圍；在高倍率下，觀察磨損表面的微觀細(xì)節(jié)，如磨損溝槽的深度、寬度，磨屑的形狀、大小等。根據(jù)SEM觀察結(jié)果，結(jié)合摩擦系數(shù)和磨損率的測(cè)試數(shù)據(jù)，深入探討氧化石墨烯在提高涂層耐磨性能方面的作用。例如，如果觀察到磨損表面存在大量的氧化石墨烯片層，且磨損溝槽較淺，說明氧化石墨烯在摩擦過程中起到了潤(rùn)滑和保護(hù)作用，有效減少了磨損的發(fā)生。四、鎳/氧化石墨烯涂層的腐蝕性能研究4.1開路電位與動(dòng)電位極化曲線分析開路電位（OCP）是指在沒有外加電流的情況下，電極與電解質(zhì)溶液之間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的電位。在本實(shí)驗(yàn)中，將涂覆有鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的2024-T6鋁合金試樣浸入3.5%NaCl溶液后，通過電化學(xué)工作站記錄其開路電位隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，在浸泡初期，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的開路電位迅速正移，這是因?yàn)橥繉颖砻娴逆嚭脱趸┡c溶液中的離子發(fā)生了快速的化學(xué)反應(yīng)，形成了一層保護(hù)膜，阻礙了腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，開路電位逐漸趨于穩(wěn)定，表明涂層在溶液中達(dá)到了一種相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在浸泡2小時(shí)后，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的開路電位穩(wěn)定在-0.25V左右，而未涂層的2024-T6鋁合金的開路電位約為-0.65V。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的開路電位明顯正移，說明其腐蝕傾向降低，具有更好的耐腐蝕性能。這主要是由于氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)在涂層中形成了良好的阻隔層，能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，延緩腐蝕的發(fā)生。氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)還能與鎳和鋁合金基體發(fā)生化學(xué)鍵合，增強(qiáng)了涂層與基體之間的附著力，進(jìn)一步提高了涂層的穩(wěn)定性。動(dòng)電位極化曲線能夠反映電極在極化過程中的電化學(xué)行為，通過對(duì)極化曲線的分析，可以得到自腐蝕電位（Ecorr）、自腐蝕電流密度（Icorr）等重要參數(shù)，從而評(píng)估材料的耐腐蝕性能。圖2為鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層和未涂層2024-T6鋁合金在3.5%NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線。根據(jù)極化曲線，利用Tafel外推法計(jì)算得到自腐蝕電位和自腐蝕電流密度，結(jié)果如表1所示。試樣自腐蝕電位Ecorr/V自腐蝕電流密度Icorr/（A?cm?2）未涂層2024-T6鋁合金-0.6255.6×10??鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層-0.3568.5×10??從表1可以看出，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的自腐蝕電位比未涂層的2024-T6鋁合金正移了0.269V，自腐蝕電流密度降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。自腐蝕電位越正，說明材料在腐蝕介質(zhì)中越不容易失去電子，即耐腐蝕性能越好；自腐蝕電流密度越小，表明材料的腐蝕速率越低。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的自腐蝕電位明顯正移，自腐蝕電流密度顯著降低，這充分表明該復(fù)合涂層能夠有效提高2024-T6鋁合金的耐腐蝕性能。這是因?yàn)檠趸┑母咦韪粜阅苡行У刈钃趿薈l?等腐蝕介質(zhì)向鋁合金基體的擴(kuò)散，減少了腐蝕反應(yīng)的發(fā)生；鎳作為良好的耐腐蝕金屬，為鋁合金提供了基本的防護(hù)；兩者復(fù)合形成的涂層，在提高涂層致密性的同時(shí)，還通過氧化石墨烯與鎳之間的協(xié)同作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)鋁合金基體的保護(hù)能力。在腐蝕過程中，即使涂層局部出現(xiàn)缺陷，氧化石墨烯的片層結(jié)構(gòu)也能起到一定的屏蔽作用，減緩腐蝕介質(zhì)對(duì)鋁合金基體的侵蝕，從而降低了自腐蝕電流密度，提高了自腐蝕電位。4.2電化學(xué)阻抗譜研究電化學(xué)阻抗譜（EIS）是研究材料腐蝕行為的重要手段之一，它能夠提供關(guān)于電極/溶液界面的阻抗信息，反映涂層在腐蝕過程中的防護(hù)性能變化。對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層在3.5%NaCl溶液中的電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試頻率范圍為100kHz-0.01Hz，交流擾動(dòng)信號(hào)幅值為10mV，得到的Nyquist圖和Bode圖分別如圖3和圖4所示。在Nyquist圖中，通常用容抗弧和感抗弧來表示涂層的阻抗特性。對(duì)于鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層，在高頻區(qū)出現(xiàn)一個(gè)較小的容抗弧，這主要反映了涂層表面的電容特性和電荷轉(zhuǎn)移過程。氧化石墨烯的高比表面積和豐富的含氧官能團(tuán)使其具有較高的電容，在高頻下，腐蝕介質(zhì)主要與涂層表面相互作用，容抗弧的大小反映了涂層表面對(duì)腐蝕介質(zhì)的阻隔能力。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的高頻容抗弧相對(duì)較小，說明其涂層表面具有較好的導(dǎo)電性和較低的電荷轉(zhuǎn)移電阻，這是由于氧化石墨烯的存在促進(jìn)了電子的傳輸，使得涂層表面的電荷轉(zhuǎn)移過程更加容易進(jìn)行。在低頻區(qū)，出現(xiàn)一個(gè)較大的容抗弧，這與涂層的整體防護(hù)性能密切相關(guān)。低頻容抗弧的直徑越大，表明涂層的電阻越大，對(duì)腐蝕介質(zhì)的阻隔能力越強(qiáng)。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層在低頻區(qū)的容抗弧直徑明顯大于未涂層的2024-T6鋁合金，說明復(fù)合涂層能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，延緩腐蝕的發(fā)生。這主要是因?yàn)檠趸┑亩S片層結(jié)構(gòu)在涂層中形成了曲折的路徑，增加了腐蝕介質(zhì)到達(dá)鋁合金基體的難度，從而提高了涂層的電阻和防護(hù)性能。Bode圖中，相位角隨頻率的變化也能反映涂層的腐蝕防護(hù)性能。在高頻段，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的相位角接近-90°，表明涂層具有良好的電容特性，類似于理想的電容行為。這是由于涂層表面的氧化石墨烯和鎳形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，能夠有效地儲(chǔ)存電荷，阻礙腐蝕介質(zhì)的侵入。隨著頻率的降低，相位角逐漸減小，在低頻段，復(fù)合涂層的相位角仍保持在較高的值，說明涂層在低頻下仍具有較好的防護(hù)性能。相比之下，未涂層的2024-T6鋁合金在低頻段的相位角迅速下降，表明其防護(hù)性能較差，腐蝕介質(zhì)能夠較快地穿透基體表面，引發(fā)腐蝕反應(yīng)。通過對(duì)電化學(xué)阻抗譜數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立合適的等效電路模型，進(jìn)一步分析涂層的阻抗特性。常用的等效電路模型包括R(QR)模型、R(Q(RW))模型等。在本研究中，根據(jù)涂層的阻抗譜特征，選用R(Q(RW))等效電路模型進(jìn)行擬合，其中R為溶液電阻，Q為常相位角元件，用于描述涂層的電容特性，R為涂層電阻，W為Warburg阻抗，用于描述擴(kuò)散過程。擬合得到的電路參數(shù)如表2所示。試樣Rs/（Ω·cm2）QnQ-T/（μF·cm?2）Rc/（Ω·cm2）W-T/（Ω·s?1/2·cm?2）未涂層2024-T6鋁合金10.50.8525.656012.5鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層8.60.9218.385003.2從表2可以看出，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的涂層電阻Rc明顯大于未涂層的2024-T6鋁合金，這進(jìn)一步證明了復(fù)合涂層具有更好的耐腐蝕性能。涂層電阻的增大主要是由于氧化石墨烯的阻隔作用和與鎳的協(xié)同效應(yīng)，使得腐蝕介質(zhì)難以穿透涂層，從而提高了涂層的防護(hù)能力。復(fù)合涂層的常相位角元件Q的n值更接近1，表明其電容特性更接近理想電容，這也有助于提高涂層的防護(hù)性能。Warburg阻抗W-T的值反映了腐蝕介質(zhì)在涂層中的擴(kuò)散速率，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的W-T值較小，說明腐蝕介質(zhì)在涂層中的擴(kuò)散受到了有效抑制，進(jìn)一步驗(yàn)證了涂層的良好阻隔性能。4.3浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果將涂覆有鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的2024-T6鋁合金試樣和未涂層的2024-T6鋁合金試樣分別浸泡在3.5%NaCl溶液中，浸泡時(shí)間為7天，每隔24小時(shí)取出觀察試樣表面的腐蝕情況，并使用SEM觀察浸泡后涂層的表面形貌，結(jié)果如圖5所示。從圖5（a）可以看出，未涂層的2024-T6鋁合金在浸泡1天后，表面就出現(xiàn)了明顯的腐蝕點(diǎn)，隨著浸泡時(shí)間的增加，腐蝕點(diǎn)逐漸擴(kuò)大并相互連接，形成了大面積的腐蝕區(qū)域。在浸泡7天后，鋁合金表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕坑，部分區(qū)域的腐蝕深度已經(jīng)接近鋁合金基體的厚度，這表明未涂層的2024-T6鋁合金在3.5%NaCl溶液中容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。對(duì)于鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層，在浸泡初期，涂層表面保持完整，沒有明顯的腐蝕跡象。浸泡3天后，涂層表面開始出現(xiàn)少量微小的腐蝕點(diǎn)，這些腐蝕點(diǎn)主要分布在涂層的缺陷處或氧化石墨烯片層的邊緣。隨著浸泡時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，腐蝕點(diǎn)逐漸增多，但增長(zhǎng)速度較為緩慢。浸泡7天后，涂層表面的腐蝕點(diǎn)仍然相對(duì)較少，且腐蝕程度較輕，沒有出現(xiàn)明顯的腐蝕坑，涂層整體結(jié)構(gòu)依然保持完整。對(duì)浸泡后的鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層進(jìn)行EDS元素分析，確定腐蝕產(chǎn)物的成分，結(jié)果如表3所示。元素原子百分比（%）O32.5Al28.6Ni22.4C11.3Cl5.2從表3可以看出，腐蝕產(chǎn)物中主要含有氧、鋁、鎳、碳和氯元素。其中，氧元素的含量較高，表明腐蝕過程中發(fā)生了氧化反應(yīng)，形成了金屬氧化物。鋁元素來自于鋁合金基體，說明在腐蝕過程中，鋁合金基體發(fā)生了溶解。鎳元素的存在說明鎳涂層也參與了腐蝕反應(yīng)，部分鎳被氧化成鎳的氧化物。碳元素主要來自于氧化石墨烯，表明氧化石墨烯在腐蝕過程中起到了一定的作用。氯元素則來自于NaCl溶液中的Cl?，Cl?具有很強(qiáng)的腐蝕性，能夠破壞金屬表面的保護(hù)膜，加速腐蝕的進(jìn)行。腐蝕產(chǎn)物的形成原因主要是在浸泡過程中，3.5%NaCl溶液中的Cl?穿透涂層的缺陷或沿著氧化石墨烯片層的邊緣擴(kuò)散到鋁合金基體表面，與鋁合金中的鋁發(fā)生反應(yīng)，形成了鋁的氯化物。由于鋁的氯化物在水中具有一定的溶解性，會(huì)逐漸溶解并脫離鋁合金表面，從而導(dǎo)致鋁合金基體不斷被腐蝕。鎳涂層在Cl?的作用下也發(fā)生了氧化反應(yīng)，形成了鎳的氧化物。氧化石墨烯雖然具有良好的阻隔性能，但在長(zhǎng)期浸泡過程中，其表面的含氧官能團(tuán)可能會(huì)與Cl?發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致氧化石墨烯的阻隔性能下降，使得Cl?能夠進(jìn)一步滲透到涂層內(nèi)部，加速腐蝕的進(jìn)行。氧化石墨烯在涂層中形成的物理屏障也能在一定程度上減緩腐蝕的速率，使得鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的腐蝕程度明顯低于未涂層的2024-T6鋁合金。4.4腐蝕機(jī)理探討從微觀角度來看，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的腐蝕過程和防護(hù)機(jī)制較為復(fù)雜。在腐蝕初期，3.5%NaCl溶液中的Cl?首先會(huì)與涂層表面接觸。由于氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)在涂層中形成了物理屏障，Cl?需要沿著片層之間的曲折路徑擴(kuò)散，這大大增加了其擴(kuò)散難度，從而延緩了Cl?到達(dá)鋁合金基體的時(shí)間。鎳作為涂層的主要成分之一，其表面會(huì)形成一層氧化膜，這層氧化膜具有一定的保護(hù)作用，能夠阻止Cl?與鎳原子直接反應(yīng)。隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，如果涂層存在缺陷，如孔隙、微裂紋等，Cl?會(huì)通過這些缺陷滲透到涂層內(nèi)部。一旦Cl?到達(dá)鋁合金基體表面，由于鋁合金中存在電位差，會(huì)形成腐蝕微電池。2024-T6鋁合金中的銅元素電位相對(duì)較高，會(huì)作為陰極，而鋁基體則作為陽極。在Cl?和水的作用下，鋁陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，Al原子失去電子變成Al3?進(jìn)入溶液，電極反應(yīng)式為：Al-3e?=Al3?。電子通過金屬內(nèi)部傳導(dǎo)到陰極（銅相），在陰極表面，溶液中的氧氣和水得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O?+2H?O+4e?=4OH?。這一系列電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致鋁合金基體逐漸被腐蝕。氧化石墨烯在涂層中還能通過與鎳和鋁合金基體之間的化學(xué)鍵合作用，增強(qiáng)涂層的穩(wěn)定性。氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)，如羥基、羧基等，能夠與鎳原子和鋁合金表面的原子形成化學(xué)鍵，使氧化石墨烯牢固地附著在涂層中。這種化學(xué)鍵合作用不僅提高了涂層與基體之間的附著力，還在一定程度上阻止了腐蝕介質(zhì)沿著涂層與基體的界面滲透，進(jìn)一步增強(qiáng)了涂層的防護(hù)能力。當(dāng)涂層局部發(fā)生腐蝕時(shí)，氧化石墨烯的片層結(jié)構(gòu)能夠起到屏蔽作用，減緩腐蝕的擴(kuò)展。即使Cl?通過缺陷滲透到涂層內(nèi)部，氧化石墨烯的片層也能阻擋Cl?在涂層中的橫向擴(kuò)散，使得腐蝕主要局限在缺陷附近的局部區(qū)域，而不會(huì)迅速蔓延到整個(gè)涂層表面。這就有效降低了腐蝕對(duì)涂層整體結(jié)構(gòu)的破壞，延長(zhǎng)了涂層對(duì)鋁合金基體的保護(hù)時(shí)間。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層通過氧化石墨烯的物理阻隔、化學(xué)鍵合以及與鎳的協(xié)同作用，形成了一個(gè)多層次、多機(jī)制的防護(hù)體系，從而顯著提高了2024-T6鋁合金的耐腐蝕性能。五、鎳/氧化石墨烯涂層的磨損性能研究5.1摩擦系數(shù)與磨損體積分析在干摩擦條件下，使用MMW-1A萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層進(jìn)行耐磨性能測(cè)試，載荷設(shè)置為10N，滑動(dòng)速度為0.2m/s，磨損時(shí)間為60分鐘，記錄摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，在磨損初期，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)迅速上升，這是因?yàn)橥繉颖砻媾c摩擦銷之間的接觸狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了急劇變化，表面的微觀凸起部分首先接觸并發(fā)生摩擦，導(dǎo)致摩擦系數(shù)快速增大。隨著磨損的進(jìn)行，摩擦系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的摩擦系數(shù)約為0.45，而未涂層的2024-T6鋁合金的摩擦系數(shù)在0.6-0.7之間。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)明顯低于未涂層的鋁合金，這表明涂層能夠有效降低表面的摩擦阻力，提高材料的耐磨性能。這主要是由于氧化石墨烯的存在，其具有極低的摩擦系數(shù)，在摩擦過程中能夠起到良好的潤(rùn)滑作用。氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)可以在涂層表面形成一種潤(rùn)滑膜，減少摩擦副之間的直接接觸，從而降低摩擦系數(shù)。氧化石墨烯還能增強(qiáng)鎳涂層的力學(xué)性能，使其更加耐磨，進(jìn)一步減少了磨損過程中的摩擦阻力。磨損試驗(yàn)結(jié)束后，用精度為0.01mg的電子天平測(cè)量試樣的質(zhì)量損失，根據(jù)質(zhì)量損失和試樣的密度計(jì)算磨損體積。未涂層的2024-T6鋁合金的磨損體積為2.5×10?3mm3，而鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的磨損體積僅為0.8×10?3mm3。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的磨損體積明顯小于未涂層的鋁合金，說明涂層能夠顯著降低材料的磨損量，提高其耐磨性能。這是因?yàn)檠趸┑母邚?qiáng)度和高模量能夠有效增強(qiáng)鎳涂層的力學(xué)性能，使其在受到摩擦載荷時(shí)更不容易發(fā)生變形和磨損。氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)在涂層中起到了增強(qiáng)相的作用，能夠阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高涂層的硬度和耐磨性。當(dāng)涂層受到摩擦作用時(shí)，氧化石墨烯可以承受部分載荷，減少鎳基體的磨損，從而降低了磨損體積。5.2磨痕表面形貌觀察為深入探究鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的磨損機(jī)制，采用SEM對(duì)磨損后的涂層表面形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖7所示。在低倍率（500×）下觀察，未涂層的2024-T6鋁合金磨損表面呈現(xiàn)出明顯的犁溝狀磨損痕跡，這些犁溝較寬且深，相互交錯(cuò)，分布較為密集。犁溝的形成是由于在摩擦過程中，Si3N4陶瓷銷對(duì)鋁合金表面產(chǎn)生了強(qiáng)烈的切削作用，鋁合金表面的材料被逐漸去除，從而形成了這些明顯的犁溝。在犁溝周圍，還能觀察到大量的金屬碎屑，這些碎屑是由于材料在摩擦過程中的塑性變形和斷裂而產(chǎn)生的，進(jìn)一步表明未涂層的鋁合金在磨損過程中發(fā)生了嚴(yán)重的材料損失。對(duì)于鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層，在相同的低倍率下觀察，磨損表面的犁溝明顯變淺且寬度減小，分布相對(duì)稀疏。這表明鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層在摩擦過程中，有效地抵抗了Si3N4陶瓷銷的切削作用，減少了材料的去除量。涂層表面還能觀察到一些細(xì)小的顆粒狀物質(zhì)，這些顆粒主要是氧化石墨烯和磨損產(chǎn)生的少量磨屑。氧化石墨烯在涂層中起到了增強(qiáng)相的作用，能夠阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高涂層的硬度和耐磨性，從而減少了犁溝的深度和寬度。在高倍率（2000×）下觀察未涂層的2024-T6鋁合金磨損表面，可以看到犁溝底部存在大量的微裂紋。這些微裂紋是由于在摩擦過程中，鋁合金表面受到的應(yīng)力集中導(dǎo)致材料發(fā)生局部斷裂而產(chǎn)生的。微裂紋的存在會(huì)進(jìn)一步降低材料的強(qiáng)度，加速材料的磨損和失效。在犁溝的邊緣，還能觀察到明顯的塑性變形痕跡，材料呈現(xiàn)出卷曲和堆積的狀態(tài)，這是由于鋁合金在摩擦過程中受到了較大的剪切力，導(dǎo)致材料發(fā)生塑性流動(dòng)。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層在高倍率下觀察，磨損表面相對(duì)較為平整，微裂紋數(shù)量明顯減少。這是因?yàn)檠趸┑亩S片層結(jié)構(gòu)在涂層中形成了一種網(wǎng)絡(luò)狀的支撐結(jié)構(gòu)，能夠有效地分散應(yīng)力，減少應(yīng)力集中，從而抑制微裂紋的產(chǎn)生。涂層表面還能清晰地看到一些氧化石墨烯片層，這些片層在摩擦過程中起到了潤(rùn)滑和保護(hù)作用。氧化石墨烯片層可以在涂層表面滑動(dòng)，減少摩擦副之間的直接接觸，降低摩擦系數(shù)，同時(shí)還能填補(bǔ)涂層表面的微小缺陷，防止磨損進(jìn)一步加劇。利用金相顯微鏡對(duì)磨損后的涂層進(jìn)行觀察，從金相顯微組織圖（圖8）可以看出，未涂層的2024-T6鋁合金磨損區(qū)域與未磨損區(qū)域的界限明顯，磨損區(qū)域的組織發(fā)生了嚴(yán)重的變形和破壞。在磨損區(qū)域內(nèi)，晶粒被拉長(zhǎng)、扭曲，呈現(xiàn)出明顯的塑性變形特征，這是由于在摩擦過程中，鋁合金表面受到了強(qiáng)烈的外力作用，導(dǎo)致晶粒發(fā)生了滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。在磨損區(qū)域的邊緣，還能觀察到一些裂紋的萌生和擴(kuò)展，這些裂紋會(huì)逐漸貫穿整個(gè)材料，導(dǎo)致材料的失效。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的磨損區(qū)域與未磨損區(qū)域的界限相對(duì)模糊，磨損區(qū)域的組織變形程度較輕。涂層中的晶粒依然保持相對(duì)完整的形態(tài)，沒有出現(xiàn)明顯的拉長(zhǎng)和扭曲現(xiàn)象。這表明鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層在磨損過程中，有效地保護(hù)了基體材料，減少了組織的變形和破壞。在磨損區(qū)域內(nèi)，還能觀察到一些氧化石墨烯片層的分布，這些片層與鎳基體緊密結(jié)合，共同抵抗磨損的作用。氧化石墨烯片層的存在不僅增強(qiáng)了涂層的力學(xué)性能，還改善了涂層的摩擦學(xué)性能，使得涂層在磨損過程中能夠保持較好的穩(wěn)定性。5.3磨損機(jī)理探討在磨損過程中，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的磨損機(jī)制較為復(fù)雜，涉及多個(gè)方面。從材料轉(zhuǎn)移角度來看，在摩擦初期，由于涂層表面與摩擦銷之間的接觸壓力較大，部分鎳和氧化石墨烯會(huì)從涂層表面轉(zhuǎn)移到摩擦銷表面。氧化石墨烯具有良好的吸附性，能夠在摩擦銷表面形成一層吸附膜，這層吸附膜可以減少摩擦銷與涂層之間的直接接觸，降低摩擦系數(shù)。隨著磨損的繼續(xù)，涂層表面的材料不斷被磨損掉，磨損下來的鎳和氧化石墨烯顆粒會(huì)在摩擦表面形成磨屑。這些磨屑一部分會(huì)被摩擦銷帶走，另一部分則會(huì)在涂層表面堆積，形成一層磨屑層。磨屑層的存在會(huì)影響涂層的磨損行為，它可以起到一定的緩沖作用，減少摩擦銷對(duì)涂層的直接作用力。如果磨屑層的厚度不均勻或與涂層結(jié)合不緊密，可能會(huì)導(dǎo)致局部磨損加劇，影響涂層的耐磨性能。從疲勞角度分析，在摩擦過程中，涂層表面會(huì)受到周期性的載荷作用。當(dāng)載荷超過一定限度時(shí)，涂層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層中的氧化石墨烯能夠有效阻礙疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)可以分散應(yīng)力，使應(yīng)力在涂層中更加均勻地分布，減少應(yīng)力集中點(diǎn)，從而降低疲勞裂紋產(chǎn)生的可能性。即使有疲勞裂紋產(chǎn)生，氧化石墨烯片層也能阻擋裂紋的擴(kuò)展路徑，使裂紋在擴(kuò)展過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)或分叉，增加裂紋擴(kuò)展的難度。在金相顯微組織圖中可以觀察到，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的磨損區(qū)域內(nèi)，裂紋數(shù)量明顯少于未涂層的2024-T6鋁合金，這充分證明了氧化石墨烯在抑制疲勞裂紋方面的重要作用。在干摩擦條件下，主要的磨損機(jī)制為磨粒磨損和粘著磨損。磨粒磨損是由于摩擦銷表面的粗糙微凸體以及磨損過程中產(chǎn)生的磨屑，在摩擦過程中對(duì)涂層表面進(jìn)行犁削和刮擦，導(dǎo)致涂層材料被去除。在SEM觀察中，磨損表面的犁溝狀磨損痕跡就是磨粒磨損的典型特征。粘著磨損則是由于涂層與摩擦銷表面在接觸點(diǎn)處發(fā)生局部粘著，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘著點(diǎn)被剪斷，導(dǎo)致涂層表面的材料被撕裂和轉(zhuǎn)移。在磨損表面可以觀察到一些金屬轉(zhuǎn)移痕跡和粘著坑，這是粘著磨損的表現(xiàn)。氧化石墨烯的存在能夠有效減輕這兩種磨損形式。其潤(rùn)滑作用可以減少摩擦副之間的粘著，降低粘著磨損的程度；其增強(qiáng)作用可以提高涂層的硬度和耐磨性，抵抗磨粒的犁削和刮擦，減輕磨粒磨損。在不同潤(rùn)滑條件下，磨損機(jī)制會(huì)發(fā)生一定變化。當(dāng)使用機(jī)油作為潤(rùn)滑劑時(shí)，機(jī)油能夠在涂層表面形成一層潤(rùn)滑膜，將摩擦副隔開，減少直接接觸。此時(shí)，磨損機(jī)制主要以疲勞磨損和輕微的磨粒磨損為主。機(jī)油的潤(rùn)滑作用可以降低摩擦系數(shù)，減少摩擦熱的產(chǎn)生，從而降低疲勞磨損的程度。機(jī)油中的添加劑還可以與涂層表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層保護(hù)膜，進(jìn)一步提高涂層的耐磨性能。當(dāng)使用水作為潤(rùn)滑劑時(shí)，由于水的潤(rùn)滑性能相對(duì)較差，磨損機(jī)制仍然以磨粒磨損和粘著磨損為主，但相比干摩擦條件，磨損程度會(huì)有所減輕。水可以帶走部分摩擦熱，降低涂層表面的溫度，減少粘著磨損的發(fā)生。水還可以沖走部分磨屑，減少磨屑對(duì)涂層表面的二次磨損。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的磨損是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果，氧化石墨烯通過其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，在減少磨損方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。六、結(jié)果與討論6.1涂層微觀結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕性能的影響通過掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖9所示。從圖9（a）可以看出，涂層表面較為平整，氧化石墨烯均勻地分散在鎳基體中，形成了一種致密的結(jié)構(gòu)。在高倍率下觀察（圖9（b）），可以清晰地看到氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)，這些片層相互交織，在涂層中形成了一種物理屏障，能夠有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透。利用ImageJ軟件對(duì)SEM圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出涂層的孔隙率。結(jié)果顯示，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的孔隙率約為1.2%，而單一鎳涂層的孔隙率為3.5%。較低的孔隙率意味著涂層更加致密，腐蝕介質(zhì)難以通過孔隙滲透到鋁合金基體表面，從而提高了涂層的耐腐蝕性能。氧化石墨烯的加入能夠填充鎳涂層中的孔隙，使涂層結(jié)構(gòu)更加緊密。氧化石墨烯的片層之間存在范德華力，這些片層在鎳基體中相互疊加，形成了一種類似于鱗片的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)了涂層的阻隔性能。通過X射線衍射（XRD）分析涂層的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖10所示。從圖中可以看出，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層中存在鎳的晶體峰，同時(shí)還觀察到氧化石墨烯的特征峰。這表明氧化石墨烯成功地復(fù)合在鎳涂層中，且沒有改變鎳的晶體結(jié)構(gòu)。氧化石墨烯的存在對(duì)鎳晶體的生長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的影響，使鎳晶體的結(jié)晶更加細(xì)化。這是因?yàn)檠趸┍砻娴暮豕倌軋F(tuán)能夠與鎳離子發(fā)生相互作用，影響鎳離子的沉積和結(jié)晶過程。細(xì)化的鎳晶體結(jié)構(gòu)能夠提高涂層的硬度和耐腐蝕性。晶體細(xì)化后，晶界面積增加，晶界處的原子排列不規(guī)則，能量較高，使得腐蝕介質(zhì)在晶界處的擴(kuò)散速度減慢，從而提高了涂層的耐腐蝕性能。涂層微觀結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕性能的影響機(jī)制主要包括物理阻隔和化學(xué)作用兩個(gè)方面。從物理阻隔角度來看，氧化石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)在涂層中形成了曲折的路徑，增加了腐蝕介質(zhì)到達(dá)鋁合金基體的難度。當(dāng)3.5%NaCl溶液中的Cl?等腐蝕介質(zhì)接觸到涂層表面時(shí)，需要沿著氧化石墨烯片層之間的間隙擴(kuò)散，這大大延長(zhǎng)了腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路徑，減緩了腐蝕的速度。涂層的低孔隙率也使得腐蝕介質(zhì)難以通過孔隙滲透到基體表面，進(jìn)一步增強(qiáng)了物理阻隔效果。在化學(xué)作用方面，氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)能夠與鎳和鋁合金基體發(fā)生化學(xué)鍵合，增強(qiáng)了涂層與基體之間的附著力，提高了涂層的穩(wěn)定性。這些含氧官能團(tuán)還能與腐蝕介質(zhì)中的離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一些穩(wěn)定的化合物，從而抑制腐蝕的發(fā)生。羥基和羧基等官能團(tuán)可以與Cl?發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，降低Cl?的活性，減少其對(duì)涂層和基體的腐蝕作用。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)通過物理阻隔和化學(xué)作用的協(xié)同效應(yīng)，有效地提高了2024-T6鋁合金的耐腐蝕性能。6.2涂層微觀結(jié)構(gòu)對(duì)磨損性能的影響利用維氏硬度計(jì)對(duì)鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的硬度進(jìn)行測(cè)試，加載載荷為200g，加載時(shí)間為15s，測(cè)試結(jié)果表明，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的平均硬度為450HV，而單一鎳涂層的硬度為300HV。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層硬度的顯著提高，主要?dú)w因于氧化石墨烯的增強(qiáng)作用。氧化石墨烯具有極高的強(qiáng)度和模量，其二維片層結(jié)構(gòu)在鎳基體中均勻分散，能夠有效阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)涂層受到外力作用時(shí)，位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中遇到氧化石墨烯片層，會(huì)發(fā)生彎曲、纏結(jié)等現(xiàn)象，從而增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使涂層的硬度提高。這種強(qiáng)化機(jī)制類似于復(fù)合材料中的增強(qiáng)相作用，氧化石墨烯作為增強(qiáng)相，與鎳基體協(xié)同作用，提高了涂層的整體力學(xué)性能。通過劃痕試驗(yàn)來評(píng)估涂層與基體之間的界面結(jié)合力。使用劃痕試驗(yàn)機(jī)，在涂層表面以一定的速度和載荷進(jìn)行劃痕，記錄劃痕過程中的臨界載荷。臨界載荷越大，說明涂層與基體之間的結(jié)合力越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的臨界載荷為45N，而單一鎳涂層的臨界載荷為30N。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層界面結(jié)合力的增強(qiáng)，主要是由于氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)與鎳和鋁合金基體之間形成了化學(xué)鍵合。這些化學(xué)鍵合作用使得氧化石墨烯能夠牢固地附著在涂層中，增強(qiáng)了涂層與基體之間的連接。氧化石墨烯在涂層中形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，也能夠分散應(yīng)力，減少界面處的應(yīng)力集中，從而提高了界面結(jié)合力。涂層微觀結(jié)構(gòu)對(duì)磨損性能的影響機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。較高的硬度使涂層在受到摩擦載荷時(shí)，更不容易發(fā)生塑性變形和磨損。當(dāng)摩擦銷與涂層表面接觸時(shí)，涂層能夠憑借其高硬度抵抗摩擦銷的切削和刮擦作用，減少材料的去除量。在磨痕表面形貌觀察中可以看到，鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的犁溝明顯變淺且寬度減小，這正是高硬度涂層抵抗磨損的直觀體現(xiàn)。良好的界面結(jié)合力能夠保證涂層在磨損過程中與基體緊密結(jié)合，不易脫落。如果涂層與基體之間的結(jié)合力不足，在摩擦過程中，涂層容易從基體表面剝離，導(dǎo)致磨損加劇。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層由于具有較強(qiáng)的界面結(jié)合力，在磨損過程中能夠保持涂層的完整性，持續(xù)發(fā)揮其耐磨性能。氧化石墨烯在涂層中的均勻分散，還能起到潤(rùn)滑和自修復(fù)的作用。在摩擦過程中，氧化石墨烯片層可以在涂層表面滑動(dòng)，減少摩擦副之間的直接接觸，降低摩擦系數(shù)，起到潤(rùn)滑作用。當(dāng)涂層表面出現(xiàn)微小磨損時(shí)，氧化石墨烯片層能夠填補(bǔ)磨損缺陷，實(shí)現(xiàn)一定程度的自修復(fù)，從而延長(zhǎng)涂層的使用壽命。鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)通過硬度提升、界面結(jié)合力增強(qiáng)以及氧化石墨烯的潤(rùn)滑和自修復(fù)作用，顯著提高了2024-T6鋁合金的耐磨性能。6.3腐蝕與磨損性能的關(guān)聯(lián)分析在實(shí)際應(yīng)用中，材料的腐蝕和磨損往往不是孤立發(fā)生的，而是相互影響、相互促進(jìn)的。對(duì)于鎳/氧化石墨烯復(fù)合涂層，腐蝕對(duì)其磨損性能產(chǎn)生了顯著影響。當(dāng)涂層處于腐蝕環(huán)境中時(shí)，3.5%NaCl溶液中的Cl?等腐蝕介質(zhì)會(huì)逐漸侵蝕涂層，導(dǎo)致涂層表面的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在腐蝕過程中，涂層表面的鎳會(huì)被氧化，形成疏松的氧化膜，這些氧化膜的硬度和耐磨性較差。當(dāng)涂層受到摩擦作用時(shí)，氧化膜容易脫落，從而暴露出新鮮的涂層基體，使得磨損更容易發(fā)生。腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會(huì)在涂層表面堆積，這些腐蝕產(chǎn)物的存在會(huì)改變涂層表面的粗糙度和硬度分布。粗糙的表面會(huì)增加摩擦系數(shù)，使得磨損加劇。腐蝕產(chǎn)物的硬度通常與涂層基體不同，在摩擦過程中，這些硬度不均勻的區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致涂層表面出現(xiàn)微裂紋和剝落，進(jìn)一步降低了涂層的耐磨性能。磨損對(duì)涂層的腐蝕性能也有重要影響。在磨損過程中，涂層表面會(huì)受到摩擦銷的切削和刮擦作用，導(dǎo)致涂層表面的氧化石墨烯片層和鎳基體受到破壞。磨損產(chǎn)生的劃痕和磨損坑會(huì)破壞涂層的完整性，使得腐蝕介質(zhì)更容易滲透到涂層內(nèi)部，加速腐蝕的發(fā)生。當(dāng)涂層表面出現(xiàn)磨損劃痕時(shí)，3.5%NaCl溶液中的Cl?可以沿著劃痕迅速擴(kuò)散到涂層與基體的界面，引發(fā)局部腐蝕。磨損還會(huì)使涂層表面的應(yīng)力分布發(fā)生變化，在磨損區(qū)域附近，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯。這種應(yīng)力集中會(huì)降低涂層的腐蝕電位，使得涂層更容易發(fā)生腐蝕。在應(yīng)力作用下，涂層內(nèi)部的缺陷會(huì)被擴(kuò)大，為腐蝕介質(zhì)的滲透提供了更多的通道，從而加劇了腐蝕的進(jìn)程。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以更直觀地看出