一種石墨烯鎳磷化學鍍液及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯鎳磷鍍液及其制備方法和應用，所述石墨烯鎳磷鍍液按每升計算，由0.25-1g石墨烯、20-25g硫酸鎳、15-20g次亞磷酸鈉、15g乙酸鈉、8-10g檸檬酸、4ml乳酸、4ml丙酸、41mg復合穩(wěn)定劑和余量的蒸餾水組成；所述的復合穩(wěn)定劑，由硫脲、碘酸鉀和碘化鉀組成，按質(zhì)量比計算，即硫脲：碘酸鉀：碘化鉀為1:20:20。其制備方法即將石墨烯、硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、丙酸和復合穩(wěn)定劑依次加入蒸餾水中溶解，然后調(diào)節(jié)pH值4.2-5.6，即得石墨烯鎳磷化學鍍液。該石墨烯鎳磷鍍液用于在鋼鐵合金的工件的表面進行施鍍即形成耐磨性好，硬度高的鎳磷石墨烯復合鍍鍍層。
【專利說明】一種石墨烯鎳磷化學鍍液及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯鎳磷化學鍍液及其制備方法和應用，即在鋼鐵合金的表面形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層。
【背景技術】
[0002]化學鍍是加強材料防腐性、耐磨性，延長材料使用壽命的一種最為經(jīng)濟的手段?；瘜W復合鍍是在原有的單一的化學鍍上發(fā)展而來的一種表面處理工藝，并兼有基質(zhì)金屬與復合顆粒兩類物質(zhì)的綜合性能。研究表明，加入的復合顆粒有利于改變鍍層的組織結構和性能，不同的顆粒種類對鍍層有不同的作用。研究人員相繼研制出不同粒子的復合鍍層，如石墨、金剛石、Al2O 3等。但是此前得到的鍍層耐磨性普遍不高，其磨痕截面積在50-60um2范圍內(nèi)。
[0003]石墨烯是以其獨特的二維結構和優(yōu)異的電學、光學、熱血和機械性能，倍受科研機構的大力關注，已經(jīng)成為化學、物理等領域的熱點研究課題。大量理論和實驗研究表明，石墨烯及其衍生物在納米器件、半導體材料、生物傳感器、信息存儲、太陽能電池和儲氫材料等領域具有潛在的重要應用價值。
[0004]然而，目前尚未有關于含有石墨烯的化學鍍液的研究。
[0005]將石墨烯加入到化學鍍液中制成復合鍍層的報告，如胡慶華采用化學鍍鎳方法，以氧化石墨烯薄片為基體，在硫酸鎳溶液中制備了 N1-石墨烯，對其進行表征后發(fā)現(xiàn)沉積在石墨烯片表面Ni的質(zhì)量分數(shù)很高，并且具有高度的分散性，但這一方法并未延伸到將Ni石墨稀共同沉積到基體材料上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一在于為了解決上述的N1-石墨烯未能共同沉積到基體材料的技術問題而提供一種石墨烯鎳磷化學鍍液。
[0007]本發(fā)明的目的之二在于提供上述的一種石墨烯鎳磷化學鍍液的制備方法。
[0008]本發(fā)明的目的之三在于將上述的石墨烯鎳磷化學鍍液應用于鋼鐵合金的表面以形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層，最終所得的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層具有很強的耐磨性。
[0009]本發(fā)明的技術方案
一種石墨烯鎳磷化學鍍液，按每升石墨烯鎳磷鍍液計算，其組成及含量如下:
石墨烯0.25-lg
硫酸鎳20-25g
次亞磷酸鈉15-20g
乙酸鈉15g
檸檬酸8-10g
乳酸4ml
丙酸4ml復合穩(wěn)定劑4 Img
余量為蒸餾水；
所述的復合穩(wěn)定劑，由硫脲、碘酸鉀和碘化鉀組成，按質(zhì)量比計算，即硫脲:碘酸鉀:碘化鉀為1:20:20。
[0010]上述的一種石墨烯鎳磷鍍液通過如下步驟的方法制備: 將石墨烯、硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、丙酸和復合穩(wěn)定劑依次加入蒸餾水中溶解，然后用濃度為10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至4.2-5.6，即得石墨烯鎳磷化學鍍液。
[0011]上述的石墨烯鎳磷化學鍍液應用于鋼鐵合金的表面以形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的方法，具體包括如下步驟:
(I )、鋼鐵合金工件的表面的預處理
將鋼鐵合金工件的表面依次經(jīng)320#和280#砂紙磨光除污，然后，用溫度為80-100°C、質(zhì)量百分比濃度為27%的氫氧化鈉水溶液洗15-20min，用蒸餾水沖洗2min ；
然后，再用質(zhì)量百分比濃度為10%的鹽酸酸洗30s，用蒸餾水沖洗2min ；
最后，用質(zhì)量百分比濃度為5%的鹽酸活化30s，用蒸餾水沖洗2min ；
(2)、將步驟(1)經(jīng)預處理后的鋼鐵合金工件放入石墨烯鎳磷鍍液中，通入空氣攪拌30-60min后，取出，用蒸餾水進行洗凈后控制溫度為15_25°C進行干燥后，即得到表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金工件。
[0012]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金工件上的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層，即以化學鍍鎳的方式，將石墨烯微粒隨鎳磷合金共同沉積到鍍層中形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層，所形成的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的結構呈胞狀、非晶體結構。
[0013]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種石墨烯鎳磷化學鍍液，由于采用了石墨烯作為復合粒子加入到化學鍍液中，因此在基體耐磨性方面有了比加入其它粒子更好的性能。
[0014]本發(fā)明的一種石墨烯鎳磷化學鍍液，由于在原有的鎳磷化學鍍中加入了硬度極高的石墨烯，因此應用該石墨烯鎳磷化學鍍液在鋼鐵合金工件表面施鍍時，最終所形成的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的耐磨性增強，解決了鎳磷化學鍍層耐磨性差的問題。即通過石墨烯的抗磨性，阻止外界對石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的摩擦，增強石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的耐磨性。
[0015]利用本發(fā)明的一種石墨烯鎳磷化學鍍液施鍍后，所得的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層為酸性高溫耐磨復合型鍍層，其表現(xiàn)硬度比單純的鎳磷化學鍍要好，并且對基體材料的物理性能無任何影響；該石墨烯鎳磷復合鍍鍍層為含有石墨烯的鎳磷合金，因此，最終所形成的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層同樣具有非常良好的耐腐蝕性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1、應用實施例1所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件A的鍍層表面的掃描電鏡圖；
圖2、應用實施例2所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件B的鍍層表面的掃描電鏡圖；圖3、應用實施例3所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件C的鍍層表面的掃描電鏡圖；
圖4、應用實施例4所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件D的鍍層表面的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體的實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的描述，但本發(fā)明并不限于下述實施例。
[0018]本發(fā)明各實施例中所用的各種原料，如無特殊說明，均為市售。
[0019]實施例1
一種石墨烯鎳磷化 學鍍液，按每升石墨烯鎳磷鍍液計算，其組成及含量如下:
石墨烯0.25g
硫酸鎳20g
次亞磷酸鈉15g
乙酸鈉15g
檸檬酸9g
乳酸4ml
丙酸4ml
復合穩(wěn)定劑4 Img
余量為蒸餾水；
所述的復合穩(wěn)定劑，由硫脲、碘酸鉀和碘化鉀組成，按質(zhì)量比計算，即硫脲:碘酸鉀:碘化鉀為1:20:20 ;
上述的一種石墨烯鎳磷鍍液通過如下步驟的方法制備:
將石墨烯、硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、丙酸和復合穩(wěn)定劑依次加入蒸餾水中溶解，然后用濃度為10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至4.2，即得石墨烯鎳磷化學鍍液。
[0020]應用實施例1
將實施例1所得的石墨烯鎳磷化學鍍液應用于鋼鐵合金的表面以形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層，具體包括如下步驟:
(I )、鋼鐵合金工件表面預處理
首先，將鋼鐵合金工件表面依次經(jīng)320#和280#砂紙磨光除污后，依次用80-100°C、質(zhì)量百分比濃度為27%的氫氧化鈉水溶液中洗滌15-20min，用蒸餾水沖洗2min ；
然后,依次用質(zhì)量百分比濃度為10%的鹽酸水溶液洗滌30s，用蒸餾水沖洗2min ；
最后，依次用質(zhì)量百分比濃度為5%的鹽酸水溶液洗滌30s，用蒸餾水沖洗2min ；
(2)、將步驟(1)表面預處理好的鋼鐵合金工件放入實施例1所得的石墨烯鎳磷化學鍍液中，空氣條件下攪拌30-60min后，取出，用蒸餾水洗凈后控制溫度為15_25°C進行干燥后，即得表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件A。
[0021]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件A的鍍層表面，用掃描電鏡進行掃描所得的圖如I所示，從圖1中可以看出石墨烯均勻的覆鍍在鋼鐵合金基體的表面，為胞狀、非晶體結構。
[0022]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件A采用對比磨痕截面積的方法(N1-P-金剛石化學復合鍍層耐磨性能研究)，MMD-1多功能摩擦磨損試驗機進行檢測，其磨痕截面積在20-30/um2，由此表明所得的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層具有很強的耐磨性。
[0023]實施例2
一種石墨烯鎳磷化學鍍液，按每升石墨烯鎳磷鍍液計算，其組成及含量如下:
石墨烯Ig
硫酸鎳25g
次亞磷酸鈉20g
乙酸鈉15g
檸檬酸IOg 乳酸4ml
丙酸4ml
復合穩(wěn)定劑4 Img 余量為蒸餾水；
所述的復合穩(wěn)定劑，由硫脲、碘酸鉀和碘化鉀組成，按質(zhì)量比計算，即硫脲:碘酸鉀:碘化鉀為1:20:20 ;
上述的一種石墨烯鎳磷鍍液通過如下步驟的方法制備:
將石墨烯、硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、丙酸和復合穩(wěn)定劑依次加入蒸餾水中溶解，然后用濃度10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至5.6，即得石墨烯鎳磷化學鍍液。
[0024]應用實施例2
將實施例2所得的石墨烯鎳磷化學鍍液應用于鋼鐵合金的表面以形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層，具體步驟同應用實施例1，最終得到表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件B。
[0025]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件B的鍍層表面，用掃描電鏡進行掃描所得的圖如圖2所示，從圖2中可以看出石墨烯均勻的覆鍍在鋼鐵合金基體的表面，為胞狀、非晶體結構。
[0026]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件B采用對比磨痕截面積的方法進行檢測，其磨痕截面積在20-30/um2，由此表明所得的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層具有很強的耐磨性。
[0027]實施例3
一種石墨烯鎳磷化學鍍液，按每升石墨烯鎳磷鍍液計算，其組成及含量如下:
石墨烯0.75g
硫酸鎳25g
次亞磷酸鈉15g
乙酸鈉15g
檸檬酸IOg
乳酸4ml丙酸4ml
復合穩(wěn)定劑4 Img
余量為蒸餾水； 所述的復合穩(wěn)定劑，由硫脲、碘酸鉀和碘化鉀組成，按質(zhì)量比計算，即硫脲:碘酸鉀:碘化鉀為1:20:20 ;
上述的一種石墨烯鎳磷鍍液通過如下步驟的方法制備:
將石墨烯、硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、丙酸和復合穩(wěn)定劑依次加入蒸餾水中溶解，然后用濃度10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至4.8，即得石墨烯鎳磷化學鍍液。
[0028]應用實施例3
將實施例3所得的石墨烯鎳磷化學鍍液應用于鋼鐵合金的表面以形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層，具體步驟同應用實施例1，最終得到表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件C。
[0029]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件C的鍍層表面，用掃描電鏡進行掃描所得的圖如圖3所示，從圖3中可以看出石墨烯均勻的覆鍍在鋼鐵合金基體的表面，為胞狀、非晶體結構。
[0030]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件C采用對比磨痕截面積的方法進行檢測，其磨痕截面積在20-30/um2，由此表明所得的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層具有很強的耐磨性。
[0031]實施例4
一種石墨烯鎳磷化學鍍液，按每升石墨烯鎳磷鍍液計算，其組成及含量如下:
石墨烯0.75g
硫酸鎳20g
次亞磷酸鈉15g
乙酸鈉15g
檸檬酸8g
乳酸4ml
丙酸4ml
復合穩(wěn)定劑4 Img
余量為蒸餾水；
所述的復合穩(wěn)定劑，由硫脲、碘酸鉀和碘化鉀組成，按質(zhì)量比計算，即硫脲:碘酸鉀:碘化鉀為1:20:20。
[0032]上述的一種石墨烯鎳磷鍍液通過如下步驟的方法制備:
將石墨烯、硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、丙酸和復合穩(wěn)定劑依次加入蒸餾水中溶解，然后用濃度10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至4.8，即得石墨烯鎳磷化學鍍液。
[0033]應用實施例4
將實施例4所得的石墨烯鎳磷化學鍍液應用于鋼鐵合金的表面以形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層，具體步驟同應用實施例1，最終得到表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件D。
[0034]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件D的鍍層表面，用掃描電鏡進行掃描所得的圖如圖4所示，從圖4中可以看出石墨烯均勻覆鍍在鋼鐵合金基體的表面，為胞狀、非晶體結構。
[0035]上述所得的表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件D采用對比磨痕截面積的方法進行檢測，其磨痕截面積在20-30/um2，由此表明所得的石墨烯鎳磷復合鍍鍍層具有很強的耐磨性。
[0036]綜上所述，應用本發(fā)明的一種石墨烯鎳磷化學鍍液于鋼鐵合金的表面，最終形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層中，石墨烯均勻的覆鍍在鋼鐵合金基體的表面，為胞狀、非晶體結構，具有很強的耐磨性。
[0037]上述內(nèi)容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保`護范圍。
【權利要求】
1.一種石墨烯鎳磷鍍液，其特征在于按每升石墨烯鎳磷鍍液計算，其組成及含量如下: 石墨烯0.25-lg 硫酸鎳20-25g 次亞磷酸鈉15-20g 乙酸鈉15g 檸檬酸8-10g 乳酸4ml 丙酸4ml 復合穩(wěn)定劑4 Img 余量為蒸餾水； 所述的復合穩(wěn)定劑，由硫脲、碘酸鉀和碘化鉀組成，按質(zhì)量比計算，即硫脲:碘酸鉀:碘化鉀為1:20:20 ; 上述的一種石墨烯鎳磷鍍液通過如下步驟的方法制備: 將石墨烯、硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸、乳酸、丙酸和復合穩(wěn)定劑依次加入蒸餾水中溶解，然后用濃度為10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至4.2-5.6，即得石墨烯鎳磷化學鍍液。
2.如權利要求1所述的一種石墨烯鎳磷鍍液用于在鋼鐵合金的表面形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層。
3.如權利要求2所述的用石墨烯鎳磷鍍液在鋼鐵合金的表面形成石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的方法，其特征在于包括如下步驟: (I )、鋼鐵合金工件的表面的預處理 將鋼鐵合金工件的表面依次經(jīng)320#和280#砂紙磨光除污，然后，用溫度為80-100°C、質(zhì)量百分比濃度為27%的氫氧化鈉水溶液洗15-20min，用蒸餾水沖洗2min ； 然后，再用質(zhì)量百分比濃度為10%的鹽酸酸洗30s，用蒸餾水沖洗2min ； 最后，用質(zhì)量百分比濃度為5%的鹽酸活化30s，用蒸餾水沖洗2min ； (2)、將步驟(1)經(jīng)預處理后的鋼鐵合金工件放入石墨烯鎳磷鍍液中，通入空氣30-60min后，取出，用蒸餾水進行洗凈后控制溫度15_25°C進行干燥后，即得到表面鍍有石墨烯鎳磷復合鍍鍍層的鋼鐵合金工件。
【文檔編號】C23C18/36GK103556136SQ201310374029
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權日:2013年8月26日
【發(fā)明者】韓生, 武慧慧, 繆樹婷, 郁平, 孫揭陽, 高峰, ?？? 朱賢, 王愛民 申請人:上海應用技術學院