CN116618266B - 一种耐磨防腐复合涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐磨防腐复合涂层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及防护涂层技术领域，尤其涉及一种耐磨防腐复合涂层及其制备方法和应用。本发明提供的耐磨防腐复合涂层的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、表面活性剂水溶液和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合悬浮液；将基底进行预热后，在所述基底表面喷涂所述混合悬浮液，得到氧化石墨烯/碳化硅涂层；将所述氧化石墨烯/碳化硅涂层在还原剂蒸汽中进行还原，得到所述耐磨防腐复合涂层。利用所述制备方法制备得到的耐磨防腐复合涂层具有理想的长服役寿命以及耐腐蚀性。

Description

一种耐磨防腐复合涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防护涂层技术领域，尤其涉及一种耐磨防腐复合涂层及其制备方法和应用。
背景技术
在机械工业中，磨损和腐蚀会导致巨大的能源消耗和资源浪费，并造成机械部件的损坏，降低机械设备运行的可靠性和安全性。因此，固体防护涂层由于化学性质稳定、轻质高强等优点对提高机械轴承的润滑、防腐性能，延长设备的使用寿命具有重大意义。
在防护涂层领域中，具有层状结构的二维材料凸显了更薄、更轻、更柔和更强的结构特征，在未来高端装备的防护涂层领域具有广阔的应用前景。自2004年Geim首次剥离出单层石墨烯以来，以其为代表的传统低维层状材料由于原子间的弱相互作用、低层间剪切强度等结构优势而表现出较高的机械强度、热稳定性以及超润滑等性能，然而，单一的二维石墨烯材料存在断裂韧性不足，以及在制备过程涂层存在不可避免的空位、晶界等结构缺陷从而引起材料性能下降的问题。石墨烯涂层在机械运转过程中，其片层状结构一旦退化在很大程度上会影响涂层的减摩耐磨和防腐性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨防腐复合涂层及其制备方法和应用。所述制备方法制备得到的耐磨防腐复合涂层具有理想的长服役寿命以及耐腐蚀性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种耐磨防腐复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
将碳化硅、表面活性剂水溶液和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合悬浮液；
将基底进行预热后，在所述基底表面喷涂所述混合悬浮液，得到氧化石墨烯/碳化硅涂层；
将所述氧化石墨烯/碳化硅涂层在还原剂蒸汽中进行还原，得到所述耐磨防腐复合涂层。
优选的，所述表面活性剂水溶液中的表面活性剂包括聚乙烯醇、聚甲基吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或几种。
优选的，所述碳化硅为碳化硅纳米线；
所述碳化硅纳米线的长度为50～100μm。
优选的，所述混合悬浮液中的碳化硅的质量浓度为5～40％；
所述混合悬浮液中的表面活性剂的质量浓度为0.125～1.0mg/mL；
所述混合悬浮液中的氧化石墨烯的质量浓度为0.5～5.0mg/mL。
优选的，所述预热的温度为90℃，时间为5～15min。
优选的，所述喷涂的条件参数为：喷枪系统中氮气入口压力为0.2～0.5MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为10～20cm，喷涂速率为0.5～2mL/min。
优选的，所述氧化石墨烯/碳化硅涂层的厚度为1.5～3.5μm。
优选的，所述还原剂蒸汽中的还原剂包括水合肼、氨水和氢碘酸中的一种或几种；
所述还原的温度为60～95℃，时间为0.5～4h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的耐磨防腐复合涂层。
本发明还提供了上述技术方案所述的耐磨防腐复合涂层在润滑防护涂层中的应用。
本发明提供了一种耐磨防腐复合涂层的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、表面活性剂水溶液和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合悬浮液；将基底进行预热后，在所述基底表面喷涂所述混合悬浮液，得到氧化石墨烯/碳化硅涂层；将所述氧化石墨烯/碳化硅涂层在还原剂蒸汽中进行还原，得到所述耐磨防腐复合涂层。我们在长期的多元复合材料研究中发现，通过物理方法(机械混合、层层喷涂等)对多维度、多组分材料进行复配，会产生相分离和结合力差等关键问题，已无法满足苛刻工况对新一代防护涂层低摩擦、长寿命和耐腐蚀兼备的服役需求。而本发明所述的氧化石墨烯含有大量含氧官能团，可借助于界面相互作用增强氧化石墨烯纳米片和碳化硅之间的分散相容性和均匀分布。在上述基础上，本发明所述制备方法中引入表面活性剂可以提升碳化硅在水中的分散稳定性以及氧化石墨烯和碳化硅之间的界面相互作用，可抑制单一组分的自我团聚，此外，良好的分散稳定性使其可通过低成本和简单的喷涂手段便能够将其沉积到基底表面。此外，本发明中还原氧化石墨烯-碳化硅复合涂层可以弥补单一氧化石墨烯涂层强度不高、耐磨性差的不足；具有低摩擦系数的石墨烯二维纳米片和具有优异机械性能的碳化硅之间在微纳尺度上进行自组装，避免了软硬质相直接物理共混带来的分散不均和相分离等问题；在喷涂沉积下，氧化石墨烯纳米片在基底上层层堆积，而碳化硅会填充层与层之间的空隙，最终氧化石墨烯纳米片和碳化硅纳米线互锁在一起，在还原作用下形成了致密、坚韧的防护涂层，在自润滑、耐磨损以及防腐蚀的摩擦学性能方面具有极大应用潜力。
附图说明
图1为氧化石墨烯纳米片(原料)、碳化硅纳米线(原料)、对比例3所述的GO/SiCNws共混材料和实施例2所述的GO-SiC Nws复合材料的透射电镜(TEM)图；
图2为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、对比例2所述的GO-SiC Nws复合材料和实施例2所述的rGO-SiC Nws复合材料的红外光谱图；
图3为对比例1所述rGO涂层，对比例3所述的rGO/10％SiC Nws复合涂层和实施例2所述的rGO-10％SiC Nws复合涂层的实物图和微观形貌图；
图4为对比例1所述rGO涂层，对比例2所述的GO-SiC Nws复合涂层，对比例3所述的rGO/10％SiC Nws复合涂层和实施例2所述rGO-10％SiC Nws复合涂层的摩擦系数和磨损寿命之间的关系曲线(a)以及实施例1至实施例4所述SiC Nws添加量为5％至40％的rGO-SiCNws复合涂层的摩擦系数和磨损寿命柱状图(b)；
图5为不锈钢基底，对比例1所述rGO涂层，对比例2所述的GO-SiC Nws复合涂层，对比例3所述的rGO/10％SiC Nws复合涂层和实施例2所述rGO-SiC Nws复合涂层的Tafel曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种耐磨防腐复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
将碳化硅、表面活性剂水溶液和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合悬浮液；
将基底进行预热后，在所述基底表面喷涂所述混合悬浮液，得到氧化石墨烯/碳化硅涂层；
将所述氧化石墨烯/碳化硅涂层在还原剂蒸汽中进行还原，得到所述耐磨防腐复合涂层。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将碳化硅、表面活性剂水溶液和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合悬浮液。
在本发明中，所述碳化硅优选为碳化硅纳米线；所述碳化硅纳米线的长度优选为50～100μm，更优选为60～90μm，最优选为70～80μm；所述碳化硅纳米线的直径优选为100nm～300nm，更优选为150nm～250nm，最优选为180～220nm。
在本发明中，所述表面活性剂水溶液中的表面活性剂优选包括聚乙烯醇(PVA)、聚甲基吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)中的一种或几种，更优选为PVP；当所述表面活性剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述表面活性剂水溶液的质量浓度优选为0.125～1.0mg/mL，更优选为0.15～0.5mg/mL，最优选为0.25mg/mL。
在本发明中，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度优选为0.5～5.0mg/mL，更优选为1.0～3.0mg/mL，最优选为2.0mg/mL。
在本发明中，所述混合优选在超声的条件下进行，本发明对所述超声的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述混合悬浮液中的碳化硅的质量浓度优选为5～40％，更优选为10～30％，最优选为15～25％；所述混合悬浮液中的表面活性剂的质量浓度优选为0.125～1.0mg/mL，更优选为0.15～0.5mg/mL，最优选为0.25mg/mL；所述混合悬浮液中的氧化石墨烯的质量浓度优选为0.5～5.0mg/mL，更优选为1.0～3.0mg/mL，最优选为2.0mg/mL。
得到混合悬浮液后，本发明将基底进行预热后，在基底表面喷涂所述混合悬浮液，得到氧化石墨烯/碳化硅涂层。
在本发明中，所述基底优选为不锈钢，更优选为304不锈钢。
进行所述预热前，本发明还优选包括将所述基底依次进行打磨、清洗和干燥；所述打磨优选为采用砂纸进行打磨；所述清洗优选为依次采用无水乙醇和去离子水进行清洗；本发明对所述干燥的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述预热的温度优选为90℃，时间优选为5～15min，更优选为8～12min，最优选为10min。
在本发明中，所述喷涂的条件参数优选为：喷枪系统中氮气入口压力优选为0.2～0.5MPa，更优选为0.3～0.4MPa，最优选为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离优选为10～20cm，更优选为13～18cm，最优选为15cm，喷涂速率优选为0.5～2mL/min，更优选为0.8～1.5mL/min，最优选为1mL/min。
在本发明中，所述喷涂的过程优选替换为浸涂或旋涂；本发明对所述浸涂或旋涂的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述氧化石墨烯/碳化硅涂层的厚度优选为1.5～3.5μm，更优选为1.5～2.5μm，最优选为2.0μm。
得到氧化石墨烯/碳化硅涂层后，本发明将所述氧化石墨烯/碳化硅涂层在还原剂蒸汽中进行还原，得到所述耐磨防腐复合涂层。
在本发明中，所述还原剂蒸汽的类型优选包括水合肼、氨水和氢碘酸中的一种或几种，更优选为水合肼蒸汽；当所述还原剂蒸汽为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述技术方案所述物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述还原的温度优选为60～95℃，更优选为65～90℃，最优选为70～80℃；时间优选为0.5～4h，更优选为1～3h，最优选为2h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的耐磨防腐复合涂层。
本发明还提供了上述技术方案所述的耐磨防腐复合涂层在润滑防护涂层中的应用。本发明对所述应用的方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的耐磨防腐复合涂层及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiC Nws悬浮液；
将0.5mL所述表面活性剂修饰的SiC Nws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为5.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液，得到GO-5％SiC Nws涂层；
将所述GO-5％SiC Nws涂层置于95℃的水合肼蒸汽中进行还原2h，得到rGO-5％SiC Nws复合涂层(厚度为1.5μm)。
实施例2
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiC Nws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiC Nws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-10％SiC Nws涂层；
将所述GO-10％SiC Nws涂层置于95℃的水合肼蒸汽中进行还原2h，得到rGO-10％SiC Nws复合涂层(厚度为2μm)。
实施例3
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将2mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为20.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-20％SiCNws涂层；
将所述GO-20％SiCNws涂层置于95℃的水合肼蒸汽中进行还原2h，得到rGO-20％SiCNws复合涂层(厚度为2μm)。
实施例4
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将4mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为40.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-40％SiCNws涂层；
将所述GO-40％SiCNws涂层置于95℃的水合肼蒸汽中进行还原2h，得到rGO-40％SiCNws复合涂层(厚度为2μm)。
实施例5
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂10mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-10％SiCNws涂层；
将所述GO-10％SiCNws涂层置于95℃的水合肼蒸汽中进行还原2h，得到rGO-10％SiCNws-1复合涂层(厚度为2.8μm)。
实施例6
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂15mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-10％SiCNws涂层；
将所述GO-10％SiCNws涂层置于95℃的水合肼蒸汽中进行还原2h，得到rGO-10％SiCNws-2复合涂层(厚度为3.5μm)。
实施例7
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-10％SiCNws涂层；
将所述GO-10％SiCNws涂层置于60℃的氢碘酸蒸汽中进行还原2h，得到rGO-10％SiCNws-3复合涂层(厚度为2.5μm)。
实施例8
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-10％SiCNws涂层；
将所述GO-10％SiCNws涂层置于75℃的氨水蒸汽下2h进行还原，得到rGO-10％SiCNws-4复合涂层(厚度为2.5μm)。
实施例9
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PEG水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗后，干燥，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-10％SiCNws涂层；
将所述GO-10％SiCNws涂层置于75℃的水合肼蒸汽中进行还原0.5h，得到rGO-10％SiCNws-5复合涂层(厚度为2.6μm)。
实施例10
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVA水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液(喷枪系统中氮气入口压力为0.3MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为15cm，喷涂速率为1mL/min)，得到GO-10％SiCNws涂层；
将所述GO-10％SiCNws涂层置于75℃的水合肼蒸汽中进行还原4h，得到rGO-10％SiCNws-6复合涂层(厚度为2.0μm)。
对比例1
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液，得到GO涂层；
将所述GO涂层置于75℃的水合肼蒸汽中进行还原4h，得到rGO涂层(厚度为2.0μm)。
对比例2
将0.04g碳化硅纳米线(长度为50～100μm，直径为100nm～300nm)加入到10mL浓度为0.5mg/mL的PVP水溶液中，经磁力搅拌，得到表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液；
将1mL所述表面活性剂修饰的SiCNws悬浮液加入到20mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液中，经超声分散，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液，得到GO-10％SiCNws涂层(厚度为2.5μm)。
对比例3
将1mL浓度为4mg/mL的碳化硅纳米线悬浮液和20mL浓度为2mg/mL氧化石墨烯悬浮液混合，经超声分散后，得到混合悬浮液(其中碳化硅纳米线的质量浓度为10.0％)；
将304不锈钢片在砂纸上打磨后，依次经过无水乙醇和去离子水进行清洗并干燥后，放置在90℃的加热台上预热5min，向不锈钢片上喷涂5mL所述混合悬浮液，得到GO/SiCNws涂层；
将所述GO/SiCNws涂层置于75℃的水合肼蒸汽中进行还原4h，得到rGO/10％SiCNws复合涂层(厚度为2.5μm)。
测试例
实施例1～10和对比例1～3的涂层形貌和性能参数分别如表1～2所示，其中，表1为实施例1～6和对比例3所述涂层形貌和性能汇总，表2为实施例7～10和对比例1～2所述涂层形貌和性能汇总。
表1实施例1～6和对比例3所述涂层形貌和性能汇总
表2实施例7～10和对比例1～2所述涂层形貌和性能汇总
将氧化石墨烯纳米片(原料)、碳化硅纳米线(原料)、对比例3所述的GO/10％SiCNws共混材料和实施例2所述的GO-10％SiCNws复合材料进行透射电镜(TEM)观察，其中图1为TEM图(a为氧化石墨烯纳米片(原料)、b为碳化硅纳米线(原料)、c为对比例3所述的GO/10％SiCNws共混材料和d为实施例2所述的GO-10％SiCNws复合材料)。由图1可知，对于GO和SiCNws的共混材料而言，SiCNws只是简单的附着在GO纳米片上，而在表面活性剂的界面相互作用下，GO和SiCNws相互均匀的复合在一起，说明GO纳米片通过大量的氢键和范德华作用和SiCNws进行复合，形成如图1中d所示的GO-10％SiCNws复合材料；
将氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、对比例2所述的GO-SiCNws和实施例2所述的rGO-10％SiCNws进行红外光谱(FTIR)测试，测试结果如图2所示。由图2可知，GO的FITR中，3410cm-1、1730cm-1、1630cm-1和1053cm-1处显示出特征峰，分别对应于O–H、C＝O、C＝C和C–O拉伸振动峰。在SiCNws的FTIR中，观察到位于921cm-1和801cm-1处的特征峰，归因于Si-C键的拉伸振动。GO/10％SiCNws共混材料的特征峰分别对应于GO和SiC红外光谱中的特征峰，而GO-10％SiCNws的特征峰分别对应于GO和表面活性剂修饰的SiC红外光谱中的特征峰，证明了GO和SiC不同材料之间的成功复合。对于还原之后的rGO-10％SiCNws复合涂层在3410cm-1处的羟基峰明显降低，说明经还原剂蒸汽还原后GO成功的向rGO转变；
图3为对比例1所述rGO涂层，对比例3所述的rGO/10％SiCNws复合涂层和实施例2所述的rGO-10％SiCNws复合涂层的实物图和微观形貌图。由图3可知，单一GO涂层由于自身的脆性，在还原过程中涂层边缘发生卷翘，中间发生破损；未有表面活性剂参与的直接共混的rGO/SiCNws还原后涂层的韧性得到了提升，未有破裂的迹象，但是由于SiCNws分散不均导致涂层表面出现大量团聚体，涂层的边缘已经从基底上脱落；而有表面活性剂参与界面相互作用而制得的rGO-SiCNws涂层均匀完整，未出现脱落破损的迹象，微观形貌中SiCNws也均一的分布在涂层各处。
摩擦系数和磨损寿命测试：
测试方法：使用球盘式往复摩擦磨损试验机对所制备涂层进行宏观摩擦学性能测试，采用直径为6mm的GCr15球作为摩擦副，外加载荷为20N，往复速度为1Hz，每组数据均独立测试三次，以保证数据的真实可靠性(测试均在室温为25±2℃和相对湿度为25±2％的大气环境下开展)；
测试结果如图4所示，其中(a)为对比例1所述rGO涂层，对比例2所述的GO-SiCNws复合涂层，对比例3所述的rGO/10％SiCNws复合涂层和实施例2所述rGO-10％SiCNws复合涂层的摩擦系数和磨损寿命之间的关系曲线，(b)为实施例1至实施例4所述SiCNws添加量为5％至40％的rGO-SiCNws复合涂层的摩擦系数和磨损寿命柱状图。由4(a)可知，单一rGO涂层的磨损寿命达到9000个循环，rGO-10％SiCNws复合涂层的寿命达到25000个循环，远远超过了还原前的GO-10％SiCNws复合涂层和相同SiCNws添加量共混的rGO/10％SiCNws复合涂层；如4(b)所示，不同SiCNws添加量下复合涂层的摩擦系数和磨损寿命显示，SiCNws添加量过高不利于保持低摩擦系数和长磨损寿命，当SiCNws添加量达到20％和40％时，由于表面粗糙度的增大导致摩擦系数升高，磨损寿命降低。因此得出结论：当SiCNws添加量为10％时，rGO-10％SiCNws复合涂层的摩擦系数最低(0.12)，磨损寿命最长(达到25000个循环)。
电化学腐蚀性能测试：
测试方法为：利用电化学工作站(CHI660E)对不同涂层在1MNaCl溶液中的电化学性能进行测试以评价其耐腐蚀性能。测试系统由工作电极(不锈钢基底和薄膜)、参比电极(饱和甘汞电极)和对电极(铂网)组成，其中涂层在NaCl溶液中的暴露面积为1.0cm2。首先进行30分钟的开路电位测试，待电化学体系达到稳定后，再进行Tafel曲线测试，测试结果如图5所示。由图5可知，各涂层的腐蚀电位均比不锈钢基底的腐蚀电位更正，说明各涂层均起到防护作用。其中，相对于还原前的GO-10％SiCNws复合涂层，经还原剂蒸汽还原后rGO-10％SiCNws复合涂层具有相对更小的腐蚀电流密度和更正的腐蚀电位，表明还原后涂层变得更加致密，具有相对更好的耐蚀防护性能。并且，相同添加量(10％)的SiCNws下，经表面活性剂界面作用复合的涂层的耐腐蚀性能要由于直接共混的rGO/10％SiCNws涂层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐磨防腐复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳化硅纳米线、表面活性剂水溶液和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合悬浮液；
将基底进行预热后，在所述基底表面喷涂所述混合悬浮液，得到氧化石墨烯/碳化硅涂层；
将所述氧化石墨烯/碳化硅涂层在还原剂蒸汽中进行还原，得到所述耐磨防腐复合涂层。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂水溶液中的表面活性剂包括聚乙烯醇、聚甲基吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化硅纳米线的长度为50~100 μm。
4.如权利要求1~3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合悬浮液中的碳化硅纳米线的质量浓度为5~40%；
所述混合悬浮液中的表面活性剂的质量浓度为0.125~1.0 mg/mL；
所述混合悬浮液中的氧化石墨烯的质量浓度为0.5~5.0 mg/mL。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为90℃，时间为5~15min。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂的条件参数为：喷枪系统中氮气入口压力为0.2~0.5 MPa，喷嘴尖端与基材之间的距离为10~20 cm，喷涂速率为0.5~2mL/min。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯/碳化硅涂层的厚度为1.5~3.5 μm。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂蒸汽中的还原剂包括水合肼、氨水和氢碘酸中的一种或几种；
所述还原的温度为60~95℃，时间为0.5~4 h。
9.权利要求1~8任一项所述制备方法制备得到的耐磨防腐复合涂层。
10.权利要求9所述的耐磨防腐复合涂层在润滑防护涂层中的应用。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130081448A (ko) * 2012-01-09 2013-07-17 동의대학교 산학협력단 복합 재료 및 그 제조 방법
CN105482645A (zh) * 2016-01-19 2016-04-13 武汉工程大学 一种聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐涂料及其制备方法
CN110282952A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 浙江理工大学 具备电磁屏蔽和形状记忆性能的复合材料及其制备方法
CN110684467A (zh) * 2019-10-11 2020-01-14 江苏冠军科技集团股份有限公司 一种基于氧化石墨烯的水基防腐涂料及其制备方法
CN112852287A (zh) * 2019-11-28 2021-05-28 兰州交通大学 一种用纳米碳化硅负载还原氧化石墨烯复合物改性热固型聚酰亚胺的耐磨涂层的制备方法
CN113308139A (zh) * 2021-05-18 2021-08-27 中国科学院海洋研究所 一种二维纳米杂化复合防腐涂料填料及其制备方法和应用
CN113355718A (zh) * 2021-06-08 2021-09-07 中国科学院兰州化学物理研究所 一种MXene/GO复合涂层及其制备方法和应用
CN113416483A (zh) * 2021-05-17 2021-09-21 南通强生石墨烯科技有限公司 一种喷涂用石墨烯耐切割耐磨涂料及其制备方法
CN114031962A (zh) * 2021-11-16 2022-02-11 西北工业大学 一种Ag-Cu NWs/rGO为导电层的水性环氧树脂电磁屏蔽涂层及其制备方法
CN114318455A (zh) * 2022-03-10 2022-04-12 季华实验室 一种高导电耐蚀的聚合物复合涂层及其制备方法和双极板

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2663687T3 (es) * 2012-09-20 2018-04-16 The Penn State Research Foundation Procedimiento para la producción de materiales compuestos cerámicos de grafeno/carburo de silicio
JP2018532587A (ja) * 2015-09-08 2018-11-08 グラフォイド インコーポレーテッド 炭素系材料による基板のコーティング法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130081448A (ko) * 2012-01-09 2013-07-17 동의대학교 산학협력단 복합 재료 및 그 제조 방법
CN105482645A (zh) * 2016-01-19 2016-04-13 武汉工程大学 一种聚苯胺/碳化硅/石墨烯复合防腐涂料及其制备方法
CN110282952A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 浙江理工大学 具备电磁屏蔽和形状记忆性能的复合材料及其制备方法
CN110684467A (zh) * 2019-10-11 2020-01-14 江苏冠军科技集团股份有限公司 一种基于氧化石墨烯的水基防腐涂料及其制备方法
CN112852287A (zh) * 2019-11-28 2021-05-28 兰州交通大学 一种用纳米碳化硅负载还原氧化石墨烯复合物改性热固型聚酰亚胺的耐磨涂层的制备方法
CN113416483A (zh) * 2021-05-17 2021-09-21 南通强生石墨烯科技有限公司 一种喷涂用石墨烯耐切割耐磨涂料及其制备方法
CN113308139A (zh) * 2021-05-18 2021-08-27 中国科学院海洋研究所 一种二维纳米杂化复合防腐涂料填料及其制备方法和应用
CN113355718A (zh) * 2021-06-08 2021-09-07 中国科学院兰州化学物理研究所 一种MXene/GO复合涂层及其制备方法和应用
CN114031962A (zh) * 2021-11-16 2022-02-11 西北工业大学 一种Ag-Cu NWs/rGO为导电层的水性环氧树脂电磁屏蔽涂层及其制备方法
CN114318455A (zh) * 2022-03-10 2022-04-12 季华实验室 一种高导电耐蚀的聚合物复合涂层及其制备方法和双极板

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SiC nanowires enhanced graphene composite coatings with excellent tribological and anticorrosive properties;Yu, Shengfang et al.;《TRIBOLOGY INTERNATIONAL》;文献号108894 *
Wear and anticorrosive properties of graphene oxide-cellulose nanofiber composite coatings;Yu, Shengfang et al.;《MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS》;文献号128002 *
碳化硅纳米线/石墨烯复合材料的制备乃及吸波性能研究;李晓朋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;A005-135 *

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