[發明專利]一種摻加石墨烯納米片納米氧化鋁涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202011189302.X
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112281106A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 趙曉兵;姚李帆
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/04;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明屬于金屬表面耐磨防腐技術領域，具體涉及一種摻加石墨烯納米片納米氧化鋁涂層的制備方法。首先制備出混合均勻的適合等離子噴涂工藝過程的復合粉末，然后利用等離子噴涂技術實現高耐磨防腐涂層的制備。本發明制備的摻加石墨烯納米片氧化鋁涂層具有低孔隙率、高結合強度等優點，并極大地提高了金屬基體的耐磨防腐性能，可大大提高嚴苛工況下表面涂層的使用壽命。

技術領域

本發明屬于金屬表面耐磨防腐技術領域，具體涉及一種摻加石墨烯納米片納米氧化鋁涂層的制備方法。

背景技術

納米氧化鋁是結構單元在1nm～100nm之間的陶瓷材料，同時具有陶瓷材料的高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等和納米材料的大比表面積的特殊效應的特點。氧化鋁材料制備的涂層是提高材料耐腐蝕、耐磨損和耐熱障等性能應用最廣泛的材料，但是在強堿、強酸、腐蝕性鹽離子環境下還存在機械零部件表面磨損與腐蝕問題，且仍有韌性差的缺點，所以與金屬基體的結合強度有待提高。

等離子噴涂是利用等離子射流為熱源，將陶瓷、金屬或合金等難熔粉末材料加熱到熔化或半熔化狀態，高速噴射到預先經過表面處理的基材表面沉積形成涂層的一種加工技術，具有高等量，高熱流，高淬火速度的特點。等離子噴涂技術選材廣泛，陶瓷，金屬甚至一些高分子聚合物都被用來沉積為涂層，應用廣泛，便于大面積施工。等離子噴涂可以在基體表面沉積涂層大幅度提高其耐磨防腐性能或者在不對基體破壞的前提下實現對基體關鍵部位的修復，總之等離子噴涂是表面工程技術中應用最廣泛的一種。當然等離子熱噴涂技術制備的涂層的孔隙與裂縫總是難以消除，所制備涂層的粗糙度較高，并且涂層與基體是機械結合，所以結合強度仍有待改進。

發明內容

為了解決嚴苛工況下機械零部件表面磨損與腐蝕問題，并改善涂層與金屬基體的結合強度，本發明采用納米氧化鋁摻加石墨烯納米片組成混合粉末，通過等離子噴涂技術在金屬表面沉積涂層，從而提高材料的耐磨防腐性能，使機械零部件表面在腐蝕性溶液中更耐磨，提高其耐久度，同時孔隙率和結合強度都有一定程度的提高，能更好地應用于嚴苛工況下機械零部件的表面強化。

本發明通過以下技術方案，經過三個步驟實現：

(1)制備等離子噴涂用的摻加石墨烯納米片氧化鋁復合粉末；

復合粉末按照質量百分比的組成為：0.1wt.％-1wt.％石墨烯納米片，99wt.％-99.9wt.％納米氧化鋁；優選0.5wt.％石墨烯納米片，99.5wt.％納米氧化鋁。

復合粉末的制備方法為：按照配比將石墨烯納米片(常州第六元素材料科技有限公司，石墨烯納米片由多個堆疊的石墨烯層組成，石墨烯納米片為6-8層，總厚度為2～2.5nm，石墨烯納米片尺寸3～5μm)和氧化鋁粉(上海杳田新材料有限公司，粒徑為50nm)充分混合后再經行星球磨機球磨4小時，促進其混合均勻，將球磨好的復合粉末放到60℃的干燥箱烘干，將復合粉末倒在潔凈的研缽中，用研磨棒研磨，過篩，最后取80目到200目之間的粉末再加入PVA溶液造粒，粉末與PVA溶液的質量比為4:1，使納米氧化鋁粉末包裹于石墨烯納米片表面，最終獲得流動性良好的復合粉末。

球磨珠為三種規格，分別是大球10mm，中球4mm，小球2mm。球磨珠與粉末的質量比為1.5:1，球磨珠按照大中小的質量比為1:2:4。球磨機轉數為380r/min；為了保證復合粉末質量，嚴格控制球磨時間為4h。

將過篩的粉末進行PVA(5wt.％PVA溶液)造粒，具體為，取80目到200目之間的粉末，每次取20g倒在研缽中，加入5gPVA溶液，用研磨棒將PVA溶液和復合粉末混在一起，需要復合粉末和PVA溶液要充分接觸，以便充分提高粉末的流動性，所以研磨攪拌的時間可以適當增加以保證PVA與粉末充分接觸混合。

(2)噴涂前對基體進行除油去污處理、烘干后進行表面噴砂預處理；

基體包括但不限于不銹鋼、鈦合金、碳鋼和銅合金等。