CN104711655A - 一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法 - Google Patents

一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，主要包括如下工艺步骤：将镁合金镀件表面进行抛光、脱脂、表面酸浸和碱洗等预处理，然后将石墨烯加入有机溶剂中进行超声处理，得到石墨烯分散液；向石墨烯分散液中加入金属盐溶液，使石墨烯因吸附金属阳离子而带有正电荷，然后将上述混合液加入电泳沉积池中作为电泳沉积液，将碳或铂电极作为正极极片、将预处理过的镁合金镀件作为负极极片置入电泳沉积池中进行电泳沉积，带有正电荷的石墨烯沉积在作为负极的镁合金镀件表面并形成石墨烯涂层。

Description

一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法
技术领域
本发明属于电镀技术领域，涉及一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法。
背景技术
石墨烯具有二维片层结构、高比表面积特点，其可层层叠加形成致密涂层，起到优异的物理隔绝作用。另外，石墨烯具有超高的机械强度、良好的化学稳定性和自润滑性能。因此，石墨烯优异的防腐蚀和耐磨损性能是普通材料难以企及的。最近，已有学者发现通过CVD方法在铜表面制备石墨烯可以显著延缓金属铜的腐蚀磨损速度，使其成为目前世界上最纤薄的防腐耐磨涂层。但迄今为止，尚未有在镁合金表面利用石墨烯来提高其防腐耐磨性能的报道。这主要是由于金属镁或镁合金表面容易形成一层惰性的氧化膜，这层氧化膜会影响涂层与镁基体的结合强度，所以很难利用CVD、电沉积和旋涂等方法在镁合金表面制备高结合力、高致密度的石墨烯涂层。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，利用该方法可在镁合金表面制备高结合力、高致密度的石墨烯涂层。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，包括如下工艺步骤：
（1）镁合金镀件表面预处理
a.抛光：采用砂纸或抛光机对镁合金镀件进行打磨抛光；
 b.脱脂：将镁合金镀件置于有机溶剂A中超声处理10-60分钟，超声功率50-1500 W；
c.表面酸浸：将镁合金镀件置于质量浓度为0.5-5%的硫酸中浸洗10-60秒；
d.碱洗：将镁合金镀件置于5-10mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡温度50-90 ℃，时间5-24小时；
（2）将石墨烯加入有机溶剂B中，超声处理0.5-3小时，超声功率100-2000 W，得到固体含量为0.05-10mg/ml的石墨烯分散液；
（3）向步骤（2）石墨烯分散液中加入金属盐溶液，充分混合0.1-2小时使石墨烯因吸附金属阳离子而带有正电荷，混合液中金属盐与石墨烯的质量比为0.1-20:1；
（4）将步骤（3）得到的混合液加入电泳沉积池中作为电泳沉积液，将碳或铂电极作为正极极片、将步骤（1）预处理过的镁合金镀件作为负极极片置入电泳沉积池中进行电泳沉积，带有正电荷的石墨烯沉积在作为负极的镁合金镀件表面并形成石墨烯涂层。
进一步地，步骤（1）脱脂过程中，有机溶剂A为丙酮或乙醇。
进一步地，步骤（2）中，有机溶剂B为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、异丙醇或四氢呋喃。
进一步地，步骤（3）中，金属盐溶液为Mg(NO3)2、 MgCl2或MgSO4溶液。
进一步地，步骤（3）中，金属盐溶液的质量浓度为0.05-20 mg/ml。
进一步地，步骤（4）中，电泳沉积的直流电压为1-100 V，极片间距为1-20 mm，电泳温度为20-60 ℃，电泳时间为1-60 min。
镁是一种难于进行直接电泳沉积的金属，主要是由于镁表面会形成一层惰性的氧化膜，而这层氧化膜会影响涂层与镁基体的结合强度。因此，在对镁表面进行电泳沉积时必须除去这层膜。而镁生成氧化膜的速度极快，所以必须寻找一种适当的预处理方法，并在此基础上进行电泳沉积，以提高涂层的结合力和完整性。为此，本发明通过步骤（1）对镁合金表面进行预处理。具体地，预处理过程中，抛光处理的目的是除去镁合金制造过程中产生的毛刺、氧化物、润滑剂、脱模剂、铸砂等；脱脂处理的目的是除去附着于镁合金表面的油、石蜡、润滑油、残留污垢、有机污染物等；表面酸浸的目的是除去镁合金表面不易清除的物质如氧化膜腐蚀生成物、焙烧润滑剂、侵入的研磨剂等；碱洗的目的是提高镁合金在电泳沉积液液中的耐腐蚀性。
石墨烯表面不带电荷，不能直接利用电泳沉积方法沉积到镁合金表面。因此，本发明通过采用表面化学修饰（如氨基化、吸附金属阳离子等）的方法使石墨烯带上正电荷，从而实现石墨烯涂层的液相电泳沉积制备。
本发明的有益效果在于：可在镁合金表面制备高致密度、强结合力的石墨烯涂层，镁合金耐腐蚀和耐磨损性能均较现有产品提升30%以上，耐盐雾和耐湿性均超过1000小时，耐酸耐碱和耐油性均超过300小时，耐磨性大于2000个行程，涂层结合力、冲击强度和柔韧性均达到国家标准。
具体实施方式
实施例1
一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，包括如下工艺步骤：
（1）镁合金镀件表面预处理
a.抛光：采用400-2000#砂纸对镁合金镀件进行打磨抛光；
 b.脱脂：将镁合金镀件置于丙酮中超声处理20分钟，超声功率1500W；
c.表面酸浸：将镁合金镀件置于质量浓度为0.5%的硫酸中浸洗60秒；
d.碱洗：将镁合金镀件置于5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡温度50-70 ℃，时间24小时；
（2）将石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮中，超声处理0.5小时，超声功率500 W，得到固体含量为0.5mg/ml的石墨烯分散液；
（3）向步骤（2）石墨烯分散液中加入质量浓度为5mg/ml的Mg(NO3)2溶液，充分混合1小时使石墨烯因吸附金属阳离子而带有正电荷，混合液中金属盐与石墨烯的质量比为10:1；
（4）将步骤（3）得到的混合液加入电泳沉积池中作为电泳沉积液，将碳或铂电极作为正极极片、将步骤（1）预处理过的镁合金镀件作为负极极片置入电泳沉积池中进行电泳沉积，电泳沉积的直流电压为10 V，极片间距为10mm，电泳温度为20 ℃，电泳时间为20 min；带有正电荷的石墨烯沉积在作为负极的镁合金镀件表面并形成石墨烯涂层。
    实施例2
一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，包括如下工艺步骤：
（1）镁合金镀件表面预处理
a.抛光：采用抛光机对镁合金镀件进行打磨抛光；
 b.脱脂：将镁合金镀件置于乙醇中超声处理40分钟，超声功率1000W；
c.表面酸浸：将镁合金镀件置于质量浓度为2%的硫酸中浸洗30秒；
d.碱洗：将镁合金镀件置于5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡温度60-80 ℃，时间20小时；
（2）将石墨烯加入二甲基甲酰胺中，超声处理2小时，超声功率1000 W，得到固体含量为1mg/ml的石墨烯分散液；
（3）向步骤（2）石墨烯分散液中加入质量浓度为5mg/ml的MgCl2溶液，充分混合2小时使石墨烯因吸附金属阳离子而带有正电荷，混合液中金属盐与石墨烯的质量比为5:1；
（4）将步骤（3）得到的混合液加入电泳沉积池中作为电泳沉积液，将碳或铂电极作为正极极片、将步骤（1）预处理过的镁合金镀件作为负极极片置入电泳沉积池中进行电泳沉积，电泳沉积的直流电压为20V，极片间距为5mm，电泳温度为60 ℃，电泳时间为10 min；带有正电荷的石墨烯沉积在作为负极的镁合金镀件表面并形成石墨烯涂层。
实施例3
一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，包括如下工艺步骤：
（1）镁合金镀件表面预处理
a.抛光：采用400-2000#砂纸对镁合金镀件进行打磨抛光；
 b.脱脂：将镁合金镀件置于乙醇中超声处理60分钟，超声功率500W；
c.表面酸浸：将镁合金镀件置于质量浓度为5%的硫酸中浸洗20秒；
d.碱洗：将镁合金镀件置于5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡温度70-90 ℃，时间10小时；
（2）将石墨烯加入异丙醇中，超声处理3小时，超声功率2000 W，得到固体含量为2mg/ml的石墨烯分散液；
（3）向步骤（2）石墨烯分散液中加入质量浓度为10mg/ml的MgSO4溶液，充分混合0.5小时使石墨烯因吸附金属阳离子而带有正电荷，混合液中金属盐与石墨烯的质量比为5:1；
（4）将步骤（3）得到的混合液加入电泳沉积池中作为电泳沉积液，将碳或铂电极作为正极极片、将步骤（1）预处理过的镁合金镀件作为负极极片置入电泳沉积池中进行电泳沉积，电泳沉积的直流电压为50V，极片间距为20mm，电泳温度为40 ℃，电泳时间为20 min；带有正电荷的石墨烯沉积在作为负极的镁合金镀件表面并形成石墨烯涂层。

Claims (6)

1. 一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
（1）镁合金镀件表面预处理
a.抛光：采用砂纸或抛光机对镁合金镀件进行打磨抛光；
 b.脱脂：将镁合金镀件置于有机溶剂A中超声处理10-60分钟，超声功率50-1500 W；
c.表面酸浸：将镁合金镀件置于质量浓度为0.5-5%的硫酸中浸洗10-60秒；
d.碱洗：将镁合金镀件置于5-10mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡温度50-90 ℃，时间5-24小时；
（2）将石墨烯加入有机溶剂B中，超声处理0.5-3小时，超声功率100-2000 W，得到固体含量为0.05-10mg/ml的石墨烯分散液；
（3）向步骤（2）石墨烯分散液中加入金属盐溶液，充分混合0.1-2小时使石墨烯因吸附金属阳离子而带有正电荷，混合液中金属盐与石墨烯的质量比为0.1-20:1；
（4）将步骤（3）得到的混合液加入电泳沉积池中作为电泳沉积液，将碳或铂电极作为正极极片、将步骤（1）预处理过的镁合金镀件作为负极极片置入电泳沉积池中进行电泳沉积，带有正电荷的石墨烯沉积在作为负极的镁合金镀件表面并形成石墨烯涂层。
2.根据权利要求1所述的一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤（1）脱脂过程中，有机溶剂A为丙酮或乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤（2）中，有机溶剂B为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、异丙醇或四氢呋喃。
4.根据权利要求1所述的一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤（3）中，金属盐溶液为Mg(NO3)2、 MgCl2或MgSO4溶液。
5.根据权利要求1所述的一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤（3）中，金属盐溶液的质量浓度为0.05-20 mg/ml。
6.根据权利要求1所述的一种通过液相电泳沉积法在镁合金表面制备石墨烯基防腐耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤（4）中，电泳沉积的直流电压为1-100 V，极片间距为1-20 mm，电泳温度为20-60 ℃，电泳时间为1-60 min。
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