一種通過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，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械強度、良好的化學穩(wěn)定性和自潤滑性能。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，已有學者發(fā)現(xiàn)通過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提高其防腐耐磨性能的報道。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，這層氧化膜會影響涂層與鎂基體的結(jié)合強度，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)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種通過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)鎂合金鍍件表面預處理
a.拋光:采用砂紙或拋光機對鎂合金鍍件進行打磨拋光；
b.脫脂:將鎂合金鍍件置于有機溶劑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，時間5-24小時；
(2)將石墨烯加入有機溶劑B中，超聲處理0.5-3小時，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小時使石墨烯因吸附金屬陽離子而帶有正電荷，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)預處理過的鎂合金鍍件作為負極極片置入電泳沉積池中進行電泳沉積，帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
[0005]進一步地，步驟(I)脫脂過程中，有機溶劑A為丙酮或乙醇。
[0006]進一步地，步驟(2)中，有機溶劑B為N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、異丙醇或四氫呋喃。
[0007]進一步地，步驟(3)中，金屬鹽溶液為Mg(N03)2、MgCl^ MgSO 4溶液。
[0008]進一步地，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，電泳時間為1-60 min0
[0010]鎂是一種難于進行直接電泳沉積的金屬，主要是由于鎂表面會形成一層惰性的氧化膜，而這層氧化膜會影響涂層與鎂基體的結(jié)合強度。因此，在對鎂表面進行電泳沉積時必須除去這層膜。而鎂生成氧化膜的速度極快，所以必須尋找一種適當?shù)念A處理方法，并在此基礎上進行電泳沉積，以提高涂層的結(jié)合力和完整性。為此，本發(fā)明通過步驟(I)對鎂合金表面進行預處理。具體地，預處理過程中，拋光處理的目的是除去鎂合金制造過程中產(chǎn)生的毛刺、氧化物、潤滑劑、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、潤滑油、殘留污垢、有機污染物等；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)明通過采用表面化學修飾(如氨基化、吸附金屬陽離子等)的方法使石墨烯帶上正電荷，從而實現(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1000小時，耐酸耐堿和耐油性均超過300小時，耐磨性大于2000個行程，涂層結(jié)合力、沖擊強度和柔韌性均達到國家標準。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
一種通過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)鎂合金鍍件表面預處理
a.拋光:采用400-2000#砂紙對鎂合金鍍件進行打磨拋光； 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，時間24小時；
(2)將石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮中，超聲處理0.5小時，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小時使石墨稀因吸附金屬陽離子而帶有正電荷，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)預處理過的鎂合金鍍件作為負極極片置入電泳沉積池中進行電泳沉積，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，電泳時間為20 min ;帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
[0014]實施例2
一種通過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)鎂合金鍍件表面預處理
a.拋光:米用拋光機對鎂合金鍍件進行打磨拋光； 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，時間20小時；
(2)將石墨烯加入二甲基甲酰胺中，超聲處理2小時，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小時使石墨稀因吸附金屬陽離子而帶有正電荷，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)預處理過的鎂合金鍍件作為負極極片置入電泳沉積池中進行電泳沉積，電泳沉積的直流電壓為20V，極片間距為5mm，電泳溫度為60 °C，電泳時間為10 min ;帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
[0015]實施例3
一種通過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)鎂合金鍍件表面預處理
a.拋光:采用400-2000#砂紙對鎂合金鍍件進行打磨拋光；
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，時間10小時；
(2)將石墨烯加入異丙醇中，超聲處理3小時，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小時使石墨稀因吸附金屬陽離子而帶有正電荷，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)預處理過的鎂合金鍍件作為負極極片置入電泳沉積池中進行電泳沉積，電泳沉積的直流電壓為50V，極片間距為20mm，電泳溫度為40 °C，電泳時間為20 min ;帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
【主權(quán)項】
1.一種通過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)鎂合金鍍件表面預處理 a.拋光:采用砂紙或拋光機對鎂合金鍍件進行打磨拋光； b.脫脂:將鎂合金鍍件置于有機溶劑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，時間5-24小時； (2)將石墨烯加入有機溶劑B中，超聲處理0.5-3小時，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小時使石墨烯因吸附金屬陽離子而帶有正電荷，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)預處理過的鎂合金鍍件作為負極極片置入電泳沉積池中進行電泳沉積，帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負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)脫脂過程中，有機溶劑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，電泳時間為1-60 min。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種通過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行拋光、脫脂、表面酸浸和堿洗等預處理，然后將石墨烯加入有機溶劑中進行超聲處理，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、將預處理過的鎂合金鍍件作為負極極片置入電泳沉積池中進行電泳沉積，帶有正電荷的石墨烯沉積在作為負極的鎂合金鍍件表面并形成石墨烯涂層。
【IPC分類】C25D15-00
【公開號】CN104711655
【申請?zhí)枴緾N201510135324
【發(fā)明人】張興凱, 包國霞
【申請人】蘭州明仁智能科技有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月26日