剪切流辅助电沉积制备具有定向多层石墨烯分布的镍基复合涂层及其摩擦腐蚀性能研究

本文创新性地采用剪切流辅助电沉积技术，通过调控剪切强度（τ=4.16 Pa）实现多层石墨烯（MLG）在镍基涂层中的水平定向排列（接触角155°±1.45°），显著提升涂层的显微硬度（671.2 HV）和耐蚀性（腐蚀电流密度4.608±0.16 μA/cm2），同时摩擦系数降低至0.16±0.010，磨损率下降79.3%。该研究为二维材料（2D materials）定向增强金属防护涂层提供了新策略。

　　

Highlight

本研究开发了一种基于剪切流场调控的电沉积技术，通过数值多物理场模拟和实验验证，系统研究了剪切强度（τ）对多层石墨烯（MLG）排列取向和表面覆盖度的影响。

Flow shear strength analysis

通过Navier-Stokes方程解析解和CFD模拟（图2a）发现，阴极区剪切强度τ与体积流量Q、阴极至窄通道出口距离x、液体粘度μ（8.6 mPa·s）、通道宽度W和高度h显著相关。在层流条件下，二维泊肃叶流的速度梯度结合牛顿剪切定律...

PDA-MLG dispersion stability evaluation

聚多巴胺（PDA）改性与未改性MLG悬浮液的对比评估显示（图3a），静置4小时后未改性组出现明显沉降，而PDA-MLG组保持稳定分散，24小时后才完全沉降。

Conclusions

在最优参数τ=4.16 Pa时，MLG片层与基底的夹角<10°，形成连续屏障结构。该涂层同时具备粘着磨损和磨粒磨损特性，磨损率降至2.574±0.23×10^-6 mm³/N·m，且经低表面能改性后实现超疏水性（接触角155°±1.45°），在800目SiC砂纸4.5 kPa压力下仍保持机械鲁棒性。