一種鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料表面電化學腐蝕與防護領域，特別涉及一種鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]鎂合金作為一種非常重要的輕金屬結構材料，被譽為“21世紀綠色工程金屬結構材料”。鎂合金具有許多其他材料無法替代的特殊性能，如重量輕，具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性，很強的再生性等，這些性能使鎂合金被廣泛應用在冶金、航空、軍事、電子、汽車工業(yè)、電極材料等領域。但制約鎂合金實際應用發(fā)展最關鍵的原因是鎂合金具有較負的電極電位，極易在不同的復雜環(huán)境中被腐蝕。氧化石墨烯擁有許多突出的物理、化學性能，具有更加突出的縱橫比與極強的阻隔性能，能夠大大延長腐蝕介質通過基質的路徑，這些性能使得氧化石墨稀能更好地提高基底物質的耐腐蝕性能。因此，氧化石墨稀是一種防腐蝕性能優(yōu)異的新材料，應用前景廣泛。但是氧化石墨烯膜多用于銅、鋼鐵等常見的一些金屬和合金，較少運用到鎂合金。本發(fā)明創(chuàng)新性地將氧化石墨烯運用到鎂合金，并結合電沉積的方法，在鎂合金表面制備三乙醇胺/氧化石墨烯復合涂層，提高鎂合金的耐腐蝕性能，拓寬鎂合金的實際應用領域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層的制備方法。
[0004]具體步驟為:
(1)鎂合金的預處理
將鎂合金依次用600#和1200#耐水磨砂紙逐級打磨、拋光、水洗，然后在堿性除油液中60-80 °C下除油0.5-2分鐘，再經(jīng)水洗，然后在無水乙醇中超聲波清洗5~15分鐘，去離子水超聲波清洗2~3次，冷風吹干備用；所述堿性除油液配方為:磷酸鈉20~30 g/L，氫氧化鈉15-25 g/L，碳酸鈉 30~40 g/L。
[0005](2)氧化石墨烯的制備
氧化石墨由改進的Hmnmers法制備，將制備的氧化石墨用體積百分比為3%的稀鹽酸溶液充分洗滌，再用去離子水洗至pH值為中性，將氧化石墨放入去離子水中超聲剝離為氧化石墨烯，隨后將所得氧化石墨烯懸浮液在轉速為1000轉/分鐘的離心機中進行離心處理，去除下層未完全剝離的氧化石墨，再重復進行離心處理一次，得上層清液，經(jīng)冷凍干燥處理后得氧化石墨烯粉體。
[0006](3)復合涂層制備
利用CHI860D型電化學工作站，組裝三電極體系，經(jīng)步驟(1)預處理后的鎂合金為研究電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，將經(jīng)步驟⑵制備的氧化石墨烯粉體10-30 mg溶解于20 ml的1~5 ml/L的三乙醇胺水溶液中，進行超聲分散2小時后作為電解液；選擇計時電流法對鎂合金進行電化學沉積，參數(shù)設置為:高電位為-0.90伏，低電位為-1.70伏，階躍次數(shù)10次，脈沖寬度100秒；經(jīng)電化學沉積后取出鎂合金于60~70 °(:下干燥1~2小時，即制得鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層。
[0007]所述磷酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水乙醇、鹽酸、石墨和三乙醇胺均為化學純及以上純度。
[0008]本發(fā)明的方法操作簡單，所制備的復合涂層表面均勻平整，存在有氧化石墨烯典型的褶皺結構，并具有較低的腐蝕電流密度和較高的電化學阻抗，能夠很好的提高鎂合金的耐蝕性，用于鎂合金表面處理能夠得到均勻的、耐蝕性高的復合防護涂層。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實施例制備的鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層的SEM圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例:
(1)鎂合金的預處理
將AZ91鎂合金依次用600#和1200#耐水磨砂紙逐級打磨、拋光、水洗，然后在堿性除油液中60 °C下除油1分鐘，再用熱水和冷水分別清洗試樣表面，然后在無水乙醇中超聲波清洗10分鐘，去離子水超聲波清洗3次，冷風吹干備用；所述堿性除油液配方為:磷酸鈉20g/L，氫氧化鈉20 g/L，碳酸鈉30 g/L。
[0011](2)氧化石墨烯的制備
氧化石墨由改進的Hmnmers法制備，先用冰水浴冷卻120 ml濃硫酸，攪拌條件下，分批緩慢加入5 g石墨粉，待反應物完全混合均勻后，體系為黑色；再分批緩慢加入15 g高錳酸鉀，此時溶液為墨綠色，反應1小時。之后在40 °(:的溫水浴中反應2小時，得到產(chǎn)物為棕褐色面糊狀。再將產(chǎn)物移到98 °C恒溫水浴持續(xù)攪拌10分鐘，并緩慢滴加330 ml去離子水，產(chǎn)物為棕褐色。產(chǎn)物中滴加雙氧水至無氣泡冒出，產(chǎn)物顏色變?yōu)榱咙S色。趁熱過濾，將制備的氧化石墨用體積百分比為3%的稀鹽酸溶液充分洗滌，再用去離子水洗至pH值為中性，將氧化石墨放入去離子水中超聲剝離為氧化石墨烯。隨后將所得氧化石墨烯懸浮液在轉速為1000轉/分鐘的離心機中進行離心處理，去除下層未完全剝離的氧化石墨，再重復進行離心處理一次，得上層清液，經(jīng)冷凍干燥處理后得氧化石墨烯粉體。
[0012](3)復合涂層制備
利用CHI860D型電化學工作站，組裝三電極體系，經(jīng)步驟(1)預處理后的鎂合金為研究電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，將經(jīng)步驟⑵制備的氧化石墨烯粉體20 mg溶解于20 mL的3 ml/L的三乙醇胺水溶液中，進行超聲分散2小時后作為電解液。選擇計時電流法對鎂合金進行電化學沉積，參數(shù)設置為:高電位為-0.90伏，低電位為-1.70伏，階躍次數(shù)10次，脈沖寬度100秒。經(jīng)電化學沉積后取出鎂合金于60 °C下干燥1小時，得到鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層。
[0013]所述磷酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水乙醇、硫酸、高錳酸鉀、雙氧水、鹽酸、石墨和三乙醇胺均為化學純。
[0014]本實施例制得的復合涂層通過SEM表征表明，整個涂層均勻平整，具有褶皺結構，表面沒有明顯缺陷。通過XRD表征表明，譜圖中存在氧化石墨烯的特征峰。
[0015]對本實施例制得的復合涂層進行電化學耐蝕性能測試，采用三電極體系(具有復合涂層的鎂合金試樣為研究電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極)，腐蝕介質為質量百分比濃度為3.5%的NaCl溶液。本實施例所獲得的復合涂層的腐蝕電流密度為1.104X 10 6 A/cm2,比空白AZ91鎂合金的腐蝕電流密度1.951 X 10 5 A/cm2,降低了一個數(shù)量級，復合涂層的電化學阻抗達到1.010X104 Ω μπι2，比空白AZ91鎂合金的電化學阻抗5.750Χ102 Ω ?cm2，增大了兩個數(shù)量級，明顯的提高了鎂合金的耐蝕性能。
【主權項】
1.一種鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)鎂合金的預處理 將鎂合金依次用600#和1200#耐水磨砂紙逐級打磨、拋光、水洗，然后在堿性除油液中60-80 °C下除油0.5-2分鐘，再經(jīng)水洗，然后在無水乙醇中超聲波清洗5~15分鐘，去離子水超聲波清洗2~3次，冷風吹干備用；所述堿性除油液配方為:磷酸鈉20~30 g/L，氫氧化鈉15-25 g/L，碳酸鈉 30~40 g/L ； (2)氧化石墨烯的制備 氧化石墨由改進的Hmnmers法制備，將制備的氧化石墨用體積百分比為3%的稀鹽酸溶液充分洗滌，再用去離子水洗至PH值為中性，將氧化石墨放入去離子水中超聲剝離為氧化石墨烯，隨后將所得氧化石墨烯懸浮液在轉速為1000轉/分鐘的離心機中進行離心處理，去除下層未完全剝離的氧化石墨，再重復進行離心處理一次，得上層清液，經(jīng)冷凍干燥處理后得氧化石墨烯粉體； (3)復合涂層制備 利用CHI860D型電化學工作站，組裝三電極體系，經(jīng)步驟(I)預處理后的鎂合金為研究電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，將經(jīng)步驟⑵制備的氧化石墨烯粉體10-30 mg溶解于20 ml的1~5 ml/L的三乙醇胺水溶液中，進行超聲分散2小時后作為電解液；選擇計時電流法對鎂合金進行電化學沉積，參數(shù)設置為:高電位為-0.90伏，低電位為-1.70伏，階躍次數(shù)10次，脈沖寬度100秒；經(jīng)電化學沉積后取出鎂合金于60~70 °(:下干燥1~2小時，即制得鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層； 所述磷酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水乙醇、鹽酸、石墨和三乙醇胺均為化學純及以上純度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層的制備方法。首先，對鎂合金基體進行預處理；然后，制備氧化石墨烯，將其溶解于1~5ml/L的三乙醇胺水溶液中，進行超聲分散2小時后作為電沉積的電解液；之后，利用CHI860D型電化學工作站，組裝三電極體系，預處理后的鎂合金為研究電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，選擇計時電流法對鎂合金進行電化學沉積；最后，取出鎂合金于60~70℃下干燥1~2小時，得到鎂合金表面氧化石墨烯復合涂層。本發(fā)明的方法操作簡單，所制備的復合涂層表面均勻平整，存在有氧化石墨烯典型的褶皺結構，并具有較低的腐蝕電流密度和較高的電化學阻抗，能夠很好的提高鎂合金的耐蝕性。
【IPC分類】C25D9/12, C25D5/18
【公開號】CN105350049
【申請?zhí)枴緾N201510817357
【發(fā)明人】尚偉, 何楚斌, 溫玉清, 王媛媛, 吳文凱
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月23日