本發(fā)明屬于金屬腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，使得工程設(shè)備及構(gòu)件的服役條件愈加嚴(yán)苛，因此對(duì)于材料性能的要求也愈加嚴(yán)苛。然而單純的金屬材料在高溫抗氧化、耐腐蝕，耐磨減摩等方面的表現(xiàn)無(wú)法滿足服役條件的要求，減少了工程設(shè)備的使用壽命，限制了其使用環(huán)境。目前，為防止工裝設(shè)備及零部件在較為惡劣的環(huán)境下工作時(shí)產(chǎn)生表面腐蝕從而導(dǎo)致整體破壞，對(duì)工裝設(shè)備及零部件表面涂覆涂層已成為工裝設(shè)備及零部件表面保護(hù)的最重要、最經(jīng)濟(jì)的防護(hù)措施。
陶瓷材料具有良好的高溫抗氧化性及耐磨性，因此在金屬表面涂覆陶瓷涂層既具有金屬的強(qiáng)度和韌度又具有陶瓷材料耐高溫、高溫抗氧化、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，正越來(lái)越受到人們的重視，目前金屬基陶瓷涂層已成功地應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防、化工機(jī)械、電力、電子等工業(yè)領(lǐng)域。
現(xiàn)有技術(shù)制備的金屬基陶瓷涂層的耐腐蝕性能仍然不能滿足惡劣環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)施工要求，從而極大地限制了其大范圍的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法，該涂層與金屬基體具有優(yōu)異的結(jié)合性能，同時(shí)具有較好的耐腐蝕性和高溫耐磨損性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種低速重載齒輪表面涂層及其制備方法，該制備方法包括如下步驟：
A稱取適量的石墨烯；
B將稱量好的石墨烯進(jìn)行超聲分散；
C將步驟B處理好的石墨烯與陶瓷骨料及固化劑充分混合；
D將步驟C混合均勻的粉體與膠黏劑混合攪拌均勻，采用刷涂的方式涂覆在基體上；
E將步驟D中涂層進(jìn)行固化處理，從而得到所需的無(wú)機(jī)陶瓷涂層。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法中，所述步驟A中石墨烯百分比為0.1％～0.5％。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法中，步驟B中所述分散是在無(wú)水乙醇中進(jìn)行。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法中，步驟C中所述骨料及固化劑含量為：氧化鋁20％～35％；硅酸鋯10％～25％，氧化鋯5％～15％；固化劑1％～10％；
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法中，步驟C中所述充分混合是通過(guò)行星式球磨機(jī)進(jìn)行，球磨時(shí)使用的罐體為陶瓷罐，球磨介質(zhì)小球?yàn)楝旇?。球料比采?:1。球磨罐的轉(zhuǎn)速設(shè)定為320r/min，正反雙向交替運(yùn)行，球磨機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速約為球磨罐轉(zhuǎn)速的1/2。正反向每隔3小時(shí)交替運(yùn)行，總計(jì)運(yùn)行12小時(shí)停止球磨機(jī)運(yùn)行。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法中，步驟D中所述球磨后的粉體與黏結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1:0.8比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?。在本發(fā)明中，所述黏結(jié)劑優(yōu)選為磷酸二氫鋁黏結(jié)劑。然后，將已經(jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無(wú)機(jī)陶瓷涂層及其制備方法中，步驟E中所述固化工藝如下：首先，在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻，即可得到固化后的金屬基陶瓷涂層。
本發(fā)明將微量的石墨烯植入無(wú)機(jī)陶瓷涂層中，從而制備出耐腐蝕的無(wú)機(jī)陶瓷涂層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陶瓷涂層與金屬基體具有優(yōu)異的結(jié)合性能，得到的金屬基陶瓷涂層具有較高的耐磨損和耐腐蝕性能，極大地提高了金屬部件在苛刻條件下的服役壽命。本發(fā)明的制備方法可控性好，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品可應(yīng)用于各種苛刻的腐蝕環(huán)境，具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一(比較例)
稱取適量的陶瓷骨料和固化劑，并將其充分混合。所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁31％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對(duì)基體表面清洗預(yù)處理和基體表面粗糙化處理。將基體分別放入含有丙酮和酒精的燒杯中，超聲波清洗機(jī)去除基體表面的油污；然后采用砂紙除去基體表面未能清洗掉的氧化層和銹斑，同時(shí)也完成了對(duì)金屬基體表面的粗糙化處理。最后用酒精將金屬基體表面產(chǎn)生的磨屑清洗干凈，并干燥；
球磨后的粉體與黏結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1:0.8比例混合，黏結(jié)劑為磷酸二氫鋁黏結(jié)劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｈ缓?，將已?jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0的無(wú)機(jī)陶瓷涂層，作為比較例進(jìn)行比較。
實(shí)施例二
按照0.1％質(zhì)量百分比稱取適量的石墨烯；
在無(wú)水乙醇中超聲分散45min；
稱取適量的骨料和固化劑，將分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化劑，充分混合；所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁30.9％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對(duì)基體表面清洗預(yù)處理和基體表面粗糙化處理。
球磨后的粉體與自制的黏結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1:0.8比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后，將已?jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0.1％的無(wú)機(jī)陶瓷涂層。
實(shí)施例三
按照0.3％質(zhì)量百分比稱取適量的石墨烯；
在無(wú)水乙醇中超聲分散45min；
稱取適量的骨料和固化劑，將分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化劑，充分混合；所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁30.7％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對(duì)基體表面清洗預(yù)處理和基體表面粗糙化處理。
球磨后的粉體與自制的黏結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1:0.8比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后，將已?jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0.3％的無(wú)機(jī)陶瓷涂層。
實(shí)施例四
按照0.5％質(zhì)量百分比稱取適量的石墨烯；
在無(wú)水乙醇中超聲分散45min；
稱取適量的骨料和固化劑，將分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化劑，充分混合；所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁30.5％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對(duì)基體表面清洗預(yù)處理和基體表面粗糙化處理。
球磨后的粉體與自制的黏結(jié)劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1:0.8比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｈ缓?，將已?jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0.5％的無(wú)機(jī)陶瓷涂層。
通過(guò)電化學(xué)試驗(yàn)(極化曲線分析法)對(duì)不含石墨烯及植入石墨烯的無(wú)機(jī)陶瓷涂層進(jìn)行腐蝕行為評(píng)定。其極化曲線法得到的數(shù)據(jù)如表一所示：隨著石墨烯的添加，腐蝕電流密度進(jìn)一步降低，耐腐蝕效率進(jìn)一步提高。當(dāng)石墨烯含量為0.5％時(shí)，腐蝕電流密度較小到1.21E-7A/cm2，耐腐蝕效率增加到97.1％。由此可見(jiàn)本發(fā)明的植入石墨烯的無(wú)機(jī)陶瓷涂層，可顯著提高涂層的耐腐蝕性，進(jìn)一步保護(hù)基體免受腐蝕的破壞。
表一不同石墨烯含量涂層電化學(xué)參數(shù)
以上所述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。