[發明專利]一種納米粒子摻雜多孔石墨烯/稀土多層復合硅烷膜及其電沉積制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011617630.5
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112831820B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 唐佳斌;姚逸和;李雨露;蔣繼波;郭曼利;孫冉;黃星;叢海山;孔玥;韓生
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C25D5/50
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種納米粒子摻雜多孔石墨烯/稀土多層復合硅烷膜及其電沉積制備方法與應用，制備方法包括首先將硅烷偶聯劑、乙醇、水混合并水解，得到水解溶液；再取水解溶液加入多孔石墨烯與稀土鹽，得到第一電沉積溶液，另取水解溶液加入納米粒子，得到第二電沉積溶液；之后以金屬基底為工作電極，先后將三電極體系插入第一電沉積溶液與第二電沉積溶液中，并分別采用計時電流法電沉積，即得到納米粒子摻雜多孔石墨烯/稀土多層復合硅烷膜；該復合硅烷膜可用于金屬表面處理。與現有技術相比，本發明通過分層摻雜稀土鹽與納米粒子，以賦予硅烷膜更好的物理化學性能，并使其結構更為致密，保證對金屬基底的保護效果。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種納米粒子摻雜多孔石墨烯/稀土多層復合硅烷膜及其電沉積制備方法與應用。

背景技術

金屬材料由于具有優良的物理、化學、力學和加工性能，已成為現代社會中廣泛應用的工程材料。一直以來金屬材料的破壞始終是人們關注的重點。據統計，70％以上的金屬材料構件失效破壞是由表面腐蝕和磨損導致的，因此研究金屬材料的表面改性技術，尤其是在廉價、來源廣泛、產能過剩的低碳鋼表面進行改性，從而使其符合當今及未來社會發展需求，意義尤為重大，這也是本項目的最大驅動力之一。

鋼鐵表面磷化處理是提高表面耐腐蝕性能的一種重要的手段。自20世紀初，磷化技術就被廣泛應用于大量工業生產中。經過長期的發展改進，技術已日趨成熟。按磷化處理溫度范圍可分為5-30℃的常溫型技術、35-45℃的低溫型技術、50-75℃的中溫型技術和80-90℃的高溫型技術。目前磷化液主要由幾類磷酸二氫鹽、催化劑和各種游離酸組成的。磷化過程中，會根據不同的產品需求定制各自的鍍液配比，主要涉及鐵、鋅、錳、鋅、鈣等。催化劑主要有鉬酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽等。然而，磷化技術在實際應用于社會發展中暴露出了一系列的缺點。首先，磷化膜機械強度差，變形性能不佳，結構脆弱。此外磷化后的膜層空隙很大，容易受到腐蝕中介的侵蝕，不耐酸堿環境。最重要的是磷化技術不僅能耗過高，完成磷化后產生的廢液呈酸性，也含有許多有害物質，對環境將造成嚴重污染。

中國專利CN109338430B公開了一種覆蓋在金屬表面的多層防護膜的制備方法，具體為：首先向第一硅烷預水解液中加入溶有環氧樹脂的酮類有機溶劑，制得硅烷/環氧樹脂水解液，然后將其作為沉積電解液，利用電化學沉積方法在金屬基體表面制得硅烷/環氧樹脂復合膜，再通過自組裝在硅烷/環氧樹脂復合膜表面生長一層氧化石墨烯膜。為了更長時有效保護氧化石墨烯膜并延長腐蝕介質到達金屬基體的路徑，最后再以第二硅烷預水解液作為沉積電解液，在氧化石墨烯膜上電沉積硅烷膜，最終制得覆蓋在金屬表面的硅烷/環氧樹脂-GO-硅烷多層防護膜。然而，其存在以下不足，首先GO是一種很好的多孔材料，應該充分利用其結構特性，其次本申請通過添加不同的納米粒子和稀土元素，能夠起到更加好的保護效果，性能更好，且會帶有納米粒子和稀土元素才擁有的特性。

發明內容

本發明的目的就是提供一種納米粒子摻雜多孔石墨烯/稀土多層復合硅烷膜及其電沉積制備方法與應用，用于解決現有鋼鐵表面處理方法能耗高、污染嚴重、處理層耐腐蝕性差的問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種納米粒子摻雜多孔石墨烯/稀土多層復合硅烷膜，包括以下組分及重量份含量：

進一步地，所述的復合硅烷膜包括以下組分及重量份含量：

更進一步優選的，所述的復合硅烷膜包括以下組分及重量份含量：

進一步地，所述的硅烷偶聯劑包括KH-560型硅烷偶聯劑，該硅烷偶聯劑屬于環氧基硅烷偶聯劑，具有很多優良的特性，并主要用于增強劑的表面處理以及無機填料的表面處理。