[发明专利]一种石墨烯镍磷化学镀液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯镍磷化学镀液及其制备方法和应用，即在钢铁合金的表面形成石墨烯镍磷复合镀镀层。

背景技术

化学镀是加强材料防腐性、耐磨性，延长材料使用寿命的一种最为经济的手段。化学复合镀是在原有的单一的化学镀上发展而来的一种表面处理工艺，并兼有基质金属与复合颗粒两类物质的综合性能。研究表明，加入的复合颗粒有利于改变镀层的组织结构和性能，不同的颗粒种类对镀层有不同的作用。研究人员相继研制出不同粒子的复合镀层，如石墨、金刚石、Al₂O ₃等。但是此前得到的镀层耐磨性普遍不高，其磨痕截面积在50-60um²范围内。

石墨烯是以其独特的二维结构和优异的电学、光学、热血和机械性能，倍受科研机构的大力关注，已经成为化学、物理等领域的热点研究课题。大量理论和实验研究表明，石墨烯及其衍生物在纳米器件、半导体材料、生物传感器、信息存储、太阳能电池和储氢材料等领域具有潜在的重要应用价值。

然而，目前尚未有关于含有石墨烯的化学镀液的研究。

将石墨烯加入到化学镀液中制成复合镀层的报告，如胡庆华采用化学镀镍方法，以氧化石墨烯薄片为基体，在硫酸镍溶液中制备了Ni-石墨烯，对其进行表征后发现沉积在石墨烯片表面Ni的质量分数很高，并且具有高度的分散性，但这一方法并未延伸到将Ni石墨烯共同沉积到基体材料上。

发明内容

本发明的目的之一在于为了解决上述的Ni-石墨烯未能共同沉积到基体材料的技术问题而提供一种石墨烯镍磷化学镀液。

本发明的目的之二在于提供上述的一种石墨烯镍磷化学镀液的制备方法。

本发明的目的之三在于将上述的石墨烯镍磷化学镀液应用于钢铁合金的表面以形成石墨烯镍磷复合镀镀层，最终所得的石墨烯镍磷复合镀镀层具有很强的耐磨性。

本发明的技术方案

一种石墨烯镍磷化学镀液，按每升石墨烯镍磷镀液计算，其组成及含量如下：

石墨烯          0.25-1g

硫酸镍           20-25g

次亚磷酸钠       15-20g

乙酸钠           15g

柠檬酸           8-10g

乳酸             4ml

丙酸             4ml

复合稳定剂       41mg

余量为蒸馏水；

所述的复合稳定剂，由硫脲、碘酸钾和碘化钾组成，按质量比计算，即硫脲：碘酸钾：碘化钾为1:20:20。

上述的一种石墨烯镍磷镀液通过如下步骤的方法制备：

将石墨烯、硫酸镍、次亚磷酸钠、乙酸钠、柠檬酸、乳酸、丙酸和复合稳定剂依次加入蒸馏水中溶解，然后用浓度为10%的氢氧化钠溶液调节pH值至4.2-5.6，即得石墨烯镍磷化学镀液。

上述的石墨烯镍磷化学镀液应用于钢铁合金的表面以形成石墨烯镍磷复合镀镀层的方法，具体包括如下步骤：

（1）、钢铁合金工件的表面的预处理

将钢铁合金工件的表面依次经320#和280#砂纸磨光除污，然后，用温度为80-100℃、质量百分比浓度为27%的氢氧化钠水溶液洗15-20min，用蒸馏水冲洗2min；

然后，再用质量百分比浓度为10%的盐酸酸洗30s，用蒸馏水冲洗2min；

最后，用质量百分比浓度为5%的盐酸活化30s，用蒸馏水冲洗2min；

（2）、将步骤（1）经预处理后的钢铁合金工件放入石墨烯镍磷镀液中，通入空气搅拌30-60min后，取出，用蒸馏水进行洗净后控制温度为15-25℃进行干燥后，即得到表面镀有石墨烯镍磷复合镀镀层的钢铁合金工件。

上述所得的表面镀有石墨烯镍磷复合镀镀层的钢铁合金工件上的石墨烯镍磷复合镀镀层，即以化学镀镍的方式，将石墨烯微粒随镍磷合金共同沉积到镀层中形成石墨烯镍磷复合镀镀层，所形成的石墨烯镍磷复合镀镀层的结构呈胞状、非晶体结构。

本发明的有益效果

本发明的一种石墨烯镍磷化学镀液，由于采用了石墨烯作为复合粒子加入到化学镀液中，因此在基体耐磨性方面有了比加入其它粒子更好的性能。