石墨烯–金刚石/铜复合材料的电化学腐蚀性能研究

目的通过引入石墨烯和纳米金刚石,提高铜基体的硬度和抗腐蚀性能。方法通过球磨、原位生长复合的方法,向铜粉上均匀引入纳米金刚石和石墨烯,并采用放电等离子烧结(SPS)制备石墨烯–金刚石混杂强化铜基复合材料(Gr@Dia/Cu)。利用扫描电子显微镜(SEM)、硬度计、电化学工作站对材料的微观组织形貌、显微硬度、电化学腐蚀性能进行测试和表征。此外,还利用X射线光电子能谱(XPS)对腐蚀产物进行分析,并讨论Gr@Dia/Cu的腐蚀机理。结果微观组织分析表明,石墨烯和纳米金刚石可以均匀地分散于铜基体中。Gr@Dia/Cu的硬度达到了97.49HV,相较于纯Cu,Gr@Dia/Cu的硬度提高了55.2%。在3.5wt%的NaCl溶液中,Gr@Dia/Cu表现出较好的抗腐蚀性能,其腐蚀电压为98 mV(纯Cu为121 mV),Gr@Dia/Cu的腐蚀电流为3.082×10^(–7)A/cm^(2)(纯铜为7.293×10–7A/cm^(2)),腐蚀速率低至0.0723 mm/a,抗腐蚀效率提高了57.74%。Gr@Dia/Cu的腐蚀产物中含有Cu2O、Cu(OH)2和CuO,与其他样品相比,Gr@Dia/Cu的腐蚀产物中CuO的相对含量(22.03%)明显较高。结论原位生长的石墨烯由于自身良好的抗渗透性和化学惰性,可以大大提高铜基体的抗腐蚀性能,并且石墨烯可以在腐蚀过程中诱导产生致密的CuO钝化层,进一步提高材料的抗腐蚀性能。