石墨烯、鎳、納米復(fù)合材料-為什么選擇它們呢？

納米復(fù)合材料

   鎳是一種重要的工業(yè)材料，鎳基合金和鎳基復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。尤其是航空航天和化工領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈儚?qiáng)度高、耐腐蝕性好和高溫穩(wěn)定性好。

   石墨烯被認(rèn)為是目前世界上強(qiáng)度最高的材料。它具有由單層碳原子組成的平面六邊形結(jié)構(gòu)，有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高楊氏模量和拉伸強(qiáng)度、高硬度和低密度等特性。而且，它的大規(guī)模生產(chǎn)成本要比碳納米管低的多。這些優(yōu)點(diǎn)使石墨烯成為理想的納米復(fù)合材料增強(qiáng)體。鎳和石墨粉的潤(rùn)濕性好，同時(shí)它也不易與碳元素反應(yīng)生成穩(wěn)定的碳化物相。

   石墨烯-鎳-納米復(fù)合材料“試戀”-試煉

   胡增榮等人借助激光燒結(jié)法，將石墨烯、鎳、納米復(fù)合材料完美的融合在一起，制備出石墨烯增強(qiáng)鎳基納米復(fù)合材料，預(yù)期其會(huì)有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐腐蝕性能以及硬度。

   試驗(yàn)材料：(1)AISI4140(相當(dāng)42CrMo)合金結(jié)構(gòu)鋼板材，大小：10×10×2.5（mm）；(2)鎳粉，平均顆粒直徑小于1μm；(3)多層富羧基(COOHrich)石墨烯納米片(平均尺寸小于2μm)。

   試驗(yàn)方法：將鎳粉、石墨烯和分散劑聚乙烯醇(PVA)按比例加入去離子水中，在120℃下，使用磁力攪拌器攪拌12h，制成溶液用于涂制樣品。把預(yù)涂樣件放到充滿氮?dú)獾耐该鳠Y(jié)盒中，用IPG光纖激光系統(tǒng)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)工藝參數(shù)如下:頻率50kHz，激光功率75W，光斑直徑0.8mm，掃描速度2mm/s，掃描間距0.25mm。

   石墨烯-鎳-納米復(fù)合材料的完美結(jié)合

   (1) 石墨烯和基體鎳有很強(qiáng)的界面結(jié)合強(qiáng)度，這更有助于石墨烯對(duì)基體進(jìn)行強(qiáng)化；

   (2) 在石墨烯-鎳納米復(fù)合材料變形時(shí)，石墨烯將會(huì)承擔(dān)主要載荷，并且可以阻礙位錯(cuò)移動(dòng)，從而提高材料的抗變形能力；

   (3) 同時(shí)在激光燒結(jié)的快速熔凝過程中，硬質(zhì)石墨烯片增加了熔池的晶核數(shù)量，增大了熔融金屬的形核率，也使晶粒更加細(xì)化，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提高；

   (4) 添加5%石墨烯的激光燒結(jié)鎳基復(fù)合材料維氏硬度的值約是激光燒結(jié)純鎳的3倍；

   (5)石墨烯-鎳納米復(fù)合材料在酸性溶液中的長(zhǎng)效抗腐蝕性能明顯提高，好于激光燒結(jié)純鎳。

責(zé)任編輯：周婭