[發明專利]一種石墨烯-銅-非晶復合涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201710569965.6
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107354421B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 褚振華;魏福雙;楊勇;相瑞;董艷春;陳學廣;王磊;閻殿然;何繼寧;張春月
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C23C4/067
• 分類號: C23C4/067;C23C4/134;C23C4/131;C23C4/129;B22F1/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種石墨烯?銅?非晶復合涂層的制備方法。該方法包括以下步驟：制備石墨烯?銅復合粉；制備石墨烯?銅?非晶粉復合粉；將該復合粉作為噴涂用復合喂料粉，采用熱噴涂技術在工件表面制備石墨烯?銅?非晶復合涂層；所述熱噴涂過程為首先對工件基體表面進行清潔化預處理后噴砂，再采用熱噴涂技術進行噴涂，得到厚度為80?120μm的粘結底層；最后采用熱噴涂技術對上一步處理好的試樣表面進行噴涂，最后得到石墨烯?銅?非晶復合涂層。所述的石墨烯?銅復合粉末粒徑為10～100μm。本發明的復合涂層的摩擦系數較單一的非晶涂層降低37.5％。復合涂層的耐磨性能也得到了提高，復合涂層的磨損失重量較單一的非晶涂層可降低57.8％。

技術領域

本發明屬于材料表面涂層制備領域，具體涉及復合涂層所需的復合粉的制備方法，并且涉及石墨烯技術領域。

技術背景

非晶合金是由超急冷凝固得到的長程無序結構，沒有晶態合金的晶粒、晶界存在，非晶合金的結構決定了它具有獨特的磁性能、力學性能、電性能、耐腐蝕性能等。將非晶合金作為涂層材料，應用于材料表面技術領域，能起到很好的防護作用。褚振華等人(Surfaceand Coatings Technology,2016,292(25):44-48.)研究指出，鐵基非晶涂層可將45#鋼基體的耐磨性能大幅提高。但是就非晶涂層而言，高載荷下涂層表現為脆性剝落，這表明，涂層抵抗裂紋擴展能力較差，一旦有微裂紋形成便迅速擴展導致涂層剝落。

石墨稀以sp²雜化的碳原子排列而成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料。石墨烯具有比傳統材料更加優異的力學、電學和熱學性能，碳原子之間強大的作用力使其成為目前已知的力學強度最高的材料，應用于復合材料領域有望賦予復合材料某些新的性能。目前，石墨烯作為添加劑廣泛應用于新型高強度復合材料中。公開號為CN 103555016 A的中國發明專利公開了一種將石墨烯添加到硅酸鹽溶液中制備成耐磨涂料的方法，石墨烯的添加使該水性涂料的防、腐耐磨、導電、導熱性能得到提高。由此可見，將具有優異性能的石墨烯引入非晶涂層中，可進一步提高非晶涂層的耐磨、耐蝕性能。然而，噴涂過程中如何將密度較小的石墨烯和密度較大的非晶粉同時利用送粉氣流送入噴涂火焰中成為一個石墨烯添加過程中的制約因素。

目前利用陶瓷層中引入金屬顆粒可以有效的阻止裂紋的運動，阻止其發生斷裂來增加涂層的耐磨性，延長使用壽命。北京工業大學祝弘濱等人(Surface and CoatingTechnology,2013,235：620-627)采用等離子噴涂制備了一系列TiB₂-金屬陶瓷涂層，復合涂層的滑動摩擦磨損性能遠低于低碳鋼。銅及其合金等材料具有良好的導電導熱性能和易于成型等優點，已廣泛應用于航空航天、交通、機械工業、能源化工、通訊、電氣、電力電子和國防工業等領域，是一種理想的減磨材料。將金屬銅相引入非晶涂層，可以制備出高耐磨性的銅與非晶合金復合的涂層。由于其在耐磨性方面具有十分巨大的潛力，其必將成為極具發展潛力的涂層材料。公開號為CN 103866223 A的中國發明專利公開了一種鐵基非晶中添加韌性金屬顆粒提高涂層韌性的方法，該發明通過將鐵基非晶與銅合金混合后，再利用超音速火焰噴涂制得的復合涂層，其塑性較單一的非晶涂層有所提高，但是其強度也有很大降低。強度降低意味著硬度降低，其磨損過程中磨損量就會增加。因此，單一的靠添加韌性金屬來改善非晶涂層的耐磨性能有其局限性。

發明內容

本發明的目的為針對當前技術中心存在的不足，提供了一種石墨烯-銅-非晶復合涂層的制備方法。該方法利用噴霧造粒技術將韌性金屬銅粉與高強度石墨烯進行復合，再將復合粉與非晶共同沉積在基體表面，制備出高耐磨的復合涂層。即通過將氧化石墨烯粉與金屬銅粉復合，利用該復合粉的密度與非晶粉體的密度近似的特點，再將此復合粉與鐵基非晶粉機械混合后進行熱噴涂，實現了石墨烯、銅與鐵基非晶粉共同沉積到基體上。該工藝避免了直接制備石墨烯涂層要求高且效率低的缺點，而且能有效增強非晶涂層的該耐磨性。

本發明的技術方案：

一種石墨烯-銅-非晶復合涂層的制備方法，該方法包括以下步驟：