Electrodeposition of Copper-Based Nickel–Graphene Coatings: Effect of Current Density on Microstructure and Properties

材料科学 微观结构 腐蚀 摩擦学 热导率 冶金 电流密度 涂层 粒度 复合材料 黄铜 拉曼光谱 电导率 色散(光学) 维氏硬度试验 压痕硬度 石墨烯 镍
作者
Zhang Zhongke,Haonan Wang,Wenhao Ma,Yingbo Ma
出处
期刊:Coatings [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (12): 1360-1360
标识
DOI:10.3390/coatings15121360
摘要

Nickel–graphene (Ni–Gr) coatings were synthesized on brass via electrodeposition to enhance the surface properties. The microstructure was characterized using SEM, XRD, EDS and Raman spectra, whilst microhardness, tribological behaviour, corrosion resistance and thermal conductivity were assessed. The results show that the current density during electrodeposition significantly influences the coating properties: at 2 A/dm2, the coating showed a dense structure, refined grains, and broad Ni diffraction peaks, with the graphene nanoplatelet uniformly distributed throughout. Under these conditions, the coating achieved optimal comprehensive properties: a Vickers hardness of 284 HV, the lowest average coefficient of friction (0.43) and minimal mass loss rate (2.01%) in friction and wear testing, and the highest corrosion resistance and the lowest self-corrosion current density (1.8135 × 10−6 A/cm2), with the thermal conductivity reaching its peak value (154 W/m·K, 25 °C). When the current density deviates from 2 A/dm2, nickel grain coarsening occurs, and the graphene nanoplatelet dispersion deteriorates, leading to reduced hardness, corrosion resistance, and thermal conductivity, whereas friction and wear intensify. Thus, 2 A/dm2 represents the optimum current density for electrodepositing copper-based Ni–Gr coatings, simultaneously optimizing the microstructure, mechanical properties, tribological performance, corrosion resistance and thermal conductivity. This study employs electrodeposition technology to provide a practical strategy for developing high-performance nickel-based coatings for copper-based heat sinks.
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