一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電鍍技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯具有二維片層結(jié)構(gòu)、高比表面積特點(diǎn)，其可層層疊加形成致密涂層，起到優(yōu)異的物理隔絕作用。另外，石墨烯具有超高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和自潤(rùn)滑性能。因此，石墨烯優(yōu)異的防腐蝕和耐磨損性能是普通材料難以企及的。最近，已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過(guò)CVD方法在銅表面制備石墨烯可以顯著延緩金屬銅的腐蝕磨損速度，使其成為目前世界上最纖薄的防腐耐磨涂層。但迄今為止，尚未有在鎂合金表面利用石墨烯來(lái)提高其防腐耐磨性能的報(bào)道。這主要是由于金屬鎂或鎂合金表面容易形成一層惰性的氧化膜，這層氧化膜會(huì)影響涂層與鎂基體的結(jié)合強(qiáng)度，所以很難利用CVD、電沉積和旋涂等方法在鎂合金表面制備高結(jié)合力、高致密度的石墨稀涂層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，利用該方法可在鎂合金表面制備高結(jié)合力、高致密度的石墨稀涂層。
[0004]為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，包括如下工藝步驟:
(1)鎂合金鍍件表面預(yù)處理
a.拋光:采用砂紙或拋光機(jī)對(duì)鎂合金鍍件進(jìn)行打磨拋光；
b.脫脂:將鎂合金鍍件置于有機(jī)溶劑A中超聲處理10-60分鐘，超聲功率50-1500 W ；
c.表面酸浸:將鎂合金鍍件置于質(zhì)量濃度為0.5-5%的硫酸中浸洗10-60秒；
d.堿洗:將鎂合金鍍件置于5-lOmol/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度50-90°C，時(shí)間5-24小時(shí)；
(2)將石墨烯加入有機(jī)溶劑B中，超聲處理0.5-3小時(shí)，超聲功率100-2000 W，得到固體含量為0.05-10mg/ml的石墨稀分散液；
(3)向步驟(2)石墨烯分散液中加入金屬鹽溶液，充分混合0.1-2小時(shí)使石墨烯因吸附金屬陽(yáng)離子而帶有正電荷，混合液中金屬鹽與石墨烯的質(zhì)量比為0.1-20:1 ；
(4)將步驟(3)得到的混合液加入電泳沉積池中作為電泳沉積液，將碳或鉑電極作為正極極片、將步驟(I)預(yù)處理過(guò)的鎂合金鍍件作為負(fù)極極片置入電泳沉積池中進(jìn)行電泳沉積，帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負(fù)極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
[0005]進(jìn)一步地，步驟(I)脫脂過(guò)程中，有機(jī)溶劑A為丙酮或乙醇。
[0006]進(jìn)一步地，步驟(2)中，有機(jī)溶劑B為N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、異丙醇或四氫呋喃。
[0007]進(jìn)一步地，步驟(3)中，金屬鹽溶液為Mg(N03)2、MgCl^ MgSO 4溶液。
[0008]進(jìn)一步地，步驟(3)中，金屬鹽溶液的質(zhì)量濃度為0.05-20 mg/ml ο
[0009]進(jìn)一步地，步驟(4)中，電泳沉積的直流電壓為1-100 V，極片間距為1-20 mm,電泳溫度為20-60 °C，電泳時(shí)間為1-60 min0
[0010]鎂是一種難于進(jìn)行直接電泳沉積的金屬，主要是由于鎂表面會(huì)形成一層惰性的氧化膜，而這層氧化膜會(huì)影響涂層與鎂基體的結(jié)合強(qiáng)度。因此，在對(duì)鎂表面進(jìn)行電泳沉積時(shí)必須除去這層膜。而鎂生成氧化膜的速度極快，所以必須尋找一種適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電泳沉積，以提高涂層的結(jié)合力和完整性。為此，本發(fā)明通過(guò)步驟(I)對(duì)鎂合金表面進(jìn)行預(yù)處理。具體地，預(yù)處理過(guò)程中，拋光處理的目的是除去鎂合金制造過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺、氧化物、潤(rùn)滑劑、脫模劑、鑄砂等；脫脂處理的目的是除去附著于鎂合金表面的油、石蠟、潤(rùn)滑油、殘留污垢、有機(jī)污染物等；表面酸浸的目的是除去鎂合金表面不易清除的物質(zhì)如氧化膜腐蝕生成物、焙燒潤(rùn)滑劑、侵入的研磨劑等；堿洗的目的是提高鎂合金在電泳沉積液液中的耐腐蝕性。
[0011]石墨烯表面不帶電荷，不能直接利用電泳沉積方法沉積到鎂合金表面。因此，本發(fā)明通過(guò)采用表面化學(xué)修飾(如氨基化、吸附金屬陽(yáng)離子等)的方法使石墨烯帶上正電荷，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯涂層的液相電泳沉積制備。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:可在鎂合金表面制備高致密度、強(qiáng)結(jié)合力的石墨烯涂層，鎂合金耐腐蝕和耐磨損性能均較現(xiàn)有產(chǎn)品提升30%以上，耐鹽霧和耐濕性均超過(guò)1000小時(shí)，耐酸耐堿和耐油性均超過(guò)300小時(shí)，耐磨性大于2000個(gè)行程，涂層結(jié)合力、沖擊強(qiáng)度和柔韌性均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，包括如下工藝步驟:
(1)鎂合金鍍件表面預(yù)處理
a.拋光:采用400-2000#砂紙對(duì)鎂合金鍍件進(jìn)行打磨拋光； b.脫脂:將鎂合金鍍件置于丙酮中超聲處理20分鐘，超聲功率1500W ;
c.表面酸浸:將鎂合金鍍件置于質(zhì)量濃度為0.5%的硫酸中浸洗60秒；
d.堿洗:將鎂合金鍍件置于5mol/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度50-70°C，時(shí)間24小時(shí)；
(2)將石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮中，超聲處理0.5小時(shí)，超聲功率500 W，得到固體含量為0.5mg/ml的石墨稀分散液；
(3)向步驟(2)石墨烯分散液中加入質(zhì)量濃度為5mg/ml的Mg(NO3)2溶液，充分混合I小時(shí)使石墨稀因吸附金屬陽(yáng)離子而帶有正電荷，混合液中金屬鹽與石墨稀的質(zhì)量比為10:1 ；
(4)將步驟(3)得到的混合液加入電泳沉積池中作為電泳沉積液，將碳或鉑電極作為正極極片、將步驟(I)預(yù)處理過(guò)的鎂合金鍍件作為負(fù)極極片置入電泳沉積池中進(jìn)行電泳沉積，電泳沉積的直流電壓為10 V，極片間距為10mm，電泳溫度為20 °C，電泳時(shí)間為20 min ;帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負(fù)極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
[0014]實(shí)施例2
一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，包括如下工藝步驟:
(1)鎂合金鍍件表面預(yù)處理
a.拋光:米用拋光機(jī)對(duì)鎂合金鍍件進(jìn)行打磨拋光； b.脫脂:將鎂合金鍍件置于乙醇中超聲處理40分鐘，超聲功率1000W ；
c.表面酸浸:將鎂合金鍍件置于質(zhì)量濃度為2%的硫酸中浸洗30秒；
d.堿洗:將鎂合金鍍件置于5mol/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度60-80°C，時(shí)間20小時(shí)；
(2)將石墨烯加入二甲基甲酰胺中，超聲處理2小時(shí)，超聲功率1000W，得到固體含量為lmg/ml的石墨稀分散液；
(3)向步驟(2)石墨烯分散液中加入質(zhì)量濃度為5mg/ml的MgCl2溶液，充分混合2小時(shí)使石墨稀因吸附金屬陽(yáng)離子而帶有正電荷，混合液中金屬鹽與石墨稀的質(zhì)量比為5:1 ；
(4)將步驟(3)得到的混合液加入電泳沉積池中作為電泳沉積液，將碳或鉑電極作為正極極片、將步驟(I)預(yù)處理過(guò)的鎂合金鍍件作為負(fù)極極片置入電泳沉積池中進(jìn)行電泳沉積，電泳沉積的直流電壓為20V，極片間距為5mm，電泳溫度為60 °C，電泳時(shí)間為10 min ;帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負(fù)極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
[0015]實(shí)施例3
一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，包括如下工藝步驟:
(1)鎂合金鍍件表面預(yù)處理
a.拋光:采用400-2000#砂紙對(duì)鎂合金鍍件進(jìn)行打磨拋光；
b.脫脂:將鎂合金鍍件置于乙醇中超聲處理60分鐘，超聲功率500W ；
c.表面酸浸:將鎂合金鍍件置于質(zhì)量濃度為5%的硫酸中浸洗20秒；
d.堿洗:將鎂合金鍍件置于5mol/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度70-90°C，時(shí)間10小時(shí)；
(2)將石墨烯加入異丙醇中，超聲處理3小時(shí)，超聲功率2000W，得到固體含量為2mg/ml的石墨烯分散液；
(3 )向步驟(2 )石墨烯分散液中加入質(zhì)量濃度為10mg/ml的MgSO4溶液，充分混合0.5小時(shí)使石墨稀因吸附金屬陽(yáng)離子而帶有正電荷，混合液中金屬鹽與石墨稀的質(zhì)量比為5:1 ；
(4)將步驟(3)得到的混合液加入電泳沉積池中作為電泳沉積液，將碳或鉑電極作為正極極片、將步驟(I)預(yù)處理過(guò)的鎂合金鍍件作為負(fù)極極片置入電泳沉積池中進(jìn)行電泳沉積，電泳沉積的直流電壓為50V，極片間距為20mm，電泳溫度為40 °C，電泳時(shí)間為20 min ;帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負(fù)極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，其特征在于，包括如下工藝步驟: (1)鎂合金鍍件表面預(yù)處理 a.拋光:采用砂紙或拋光機(jī)對(duì)鎂合金鍍件進(jìn)行打磨拋光； b.脫脂:將鎂合金鍍件置于有機(jī)溶劑A中超聲處理10-60分鐘，超聲功率50-1500 W ； c.表面酸浸:將鎂合金鍍件置于質(zhì)量濃度為0.5-5%的硫酸中浸洗10-60秒； d.堿洗:將鎂合金鍍件置于5-lOmol/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度50-90°C，時(shí)間5-24小時(shí)； (2)將石墨烯加入有機(jī)溶劑B中，超聲處理0.5-3小時(shí)，超聲功率100-2000 W，得到固體含量為0.05-10mg/ml的石墨稀分散液； (3)向步驟(2)石墨烯分散液中加入金屬鹽溶液，充分混合0.1-2小時(shí)使石墨烯因吸附金屬陽(yáng)離子而帶有正電荷，混合液中金屬鹽與石墨烯的質(zhì)量比為0.1-20:1 ； (4)將步驟(3)得到的混合液加入電泳沉積池中作為電泳沉積液，將碳或鉑電極作為正極極片、將步驟(I)預(yù)處理過(guò)的鎂合金鍍件作為負(fù)極極片置入電泳沉積池中進(jìn)行電泳沉積，帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負(fù)極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，其特征在于，步驟(I)脫脂過(guò)程中，有機(jī)溶劑A為丙酮或乙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，其特征在于，步驟(2)中，有機(jī)溶劑B為N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、異丙醇或四氫呋喃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，其特征在于，步驟(3)中，金屬鹽溶液為Mg (NO3) 2> 1\%(:12或MgSO 4溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，其特征在于，步驟(3)中，金屬鹽溶液的質(zhì)量濃度為0.05-20 mg/ml ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，其特征在于，步驟(4)中，電泳沉積的直流電壓為1-100 V，極片間距為1-20 mm,電泳溫度為20-60 °C，電泳時(shí)間為1-60 min。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種通過(guò)液相電泳沉積法在鎂合金表面制備石墨烯基防腐耐磨涂層的方法，主要包括如下工藝步驟：將鎂合金鍍件表面進(jìn)行拋光、脫脂、表面酸浸和堿洗等預(yù)處理，然后將石墨烯加入有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲處理，得到石墨烯分散液；向石墨烯分散液中加入金屬鹽溶液，使石墨烯因吸附金屬陽(yáng)離子而帶有正電荷，然后將上述混合液加入電泳沉積池中作為電泳沉積液，將碳或鉑電極作為正極極片、將預(yù)處理過(guò)的鎂合金鍍件作為負(fù)極極片置入電泳沉積池中進(jìn)行電泳沉積，帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負(fù)極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
【IPC分類】C25D15-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104711655
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510135324
【發(fā)明人】張興凱, 包國(guó)霞
【申請(qǐng)人】蘭州明仁智能科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日