[发明专利]一种氧化石墨烯锌复合电镀溶液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种电镀溶液，具体来说是一种氧化石墨烯锌复合电镀溶液及其制备方法和应用。

背景技术

由于锌在大气环境下容易钝化而且电位比铁负，其被广泛地应用钢铁制品上作为一种牺牲阳极的保护性涂层。锌镀层在大气环境下对钢铁制品起到很好的阴极保护作用，但是其在盐水或者潮湿的海洋大气环境中的耐蚀性并不理想，这限制锌镀层及其相关钢铁制品的实际应用。

复合涂层是目前改善锌镀层防护性能的主要手段。即在施涂锌涂层过程中，通过融入少量异类元素或第二相颗粒形成锌基复合涂层，依靠异类元素和第二相颗粒的融入改变锌涂层组织结构和性能来达到对锌涂层防腐性能的影响。现有报道掺杂的异类合金元素主要有Ni，Fe，Co，Al，Cd,Mg,Mn Si,P等；第二相颗粒主要是金属氧化物、碳化物和氮化物等。基于已有研究表明，加入这些元素和第二相在某种程度虽然提高了锌涂层防护性能，但其耐蚀性提高幅度不大。因此，亟待开展新型高效的锌基复合防腐涂层。

氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，是一种从氧化石墨剥离而形成仅有单原子层厚度的新型碳材料。由于氧化石墨烯不仅具有与石墨烯类似的特殊的二维结构、高比表面积、优异的抗渗透性、高的热稳定性和化学稳定性等特性，而且含有丰富的含氧官能团，使其具有在绝大多数极性溶剂中很好地分散和易与其它材料相复合的优势，故在构建复合涂层应用于金属防腐领域有着巨大的应用潜力。

目前，有关氧化石墨烯与其他材料复合形成复合防腐涂层的报道主要是围绕将氧化石墨烯融入到高分子材料形成复合防腐涂层的研究。如聚偏氟乙烯、醇酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、环氧树脂等高分子材料。尚未有关氧化石墨烯锌复合涂层的研究。

电沉积技术由于其工艺简单、成本低，参数控制及所制备涂层致密等优点成为目前在钢铁制品表面制备Sn、Zn、Ni、Cr、Cu等防腐、耐磨和装饰性金属涂层一种典型制备工艺。因此，采用电沉积技术在钢铁制品表面制备出金属和石墨烯的复合涂层对提高钢铁制品的耐蚀性及其应用都具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种氧化石墨烯锌复合电镀溶液及其制备方法和应用，所述的这种氧化石墨烯锌复合电镀溶液及其制备方法和应用要解决现有技术中的锌镀层在盐水或者潮湿的海洋大气环境中的耐蚀性并不理想的技术问题。

本发明提供了一种氧化石墨烯锌复合电镀液，按每升氧化石墨烯锌复合电镀液计算，其组成和含量如下：

所述复合添加剂由糖精、卞叉丙酮和平平加组成，所述的糖精、卞叉丙酮和平平加的质量比为1：2：15。

本发明还提供了上述的一种氧化石墨烯锌复合电镀液的制备方法，按照每升氧化石墨烯锌复合电镀液中所含有的物料的质量分别称取氧化石墨烯、氯化锌、氯化铵、六次甲基四胺、柠檬酸三钠、复合添加剂和蒸馏水，将氯化锌、氯化铵、六次甲基四胺、柠檬酸三钠和复合添加剂依次加入蒸馏水中溶解，并在搅拌条件下加入氧化石墨烯，然后用盐酸溶液调节pH值至4.5-5.0，最后将镀液超声1～3小时，即得到分散性良好的氧化石墨烯锌复合电镀液。

本发明还提供了上述的述一种氧化石墨烯锌电镀液用于钢铁工件表面形成锌-石墨烯氧化石墨烯锌复合涂层。

进一步的，上述的氧化石墨烯电镀液在钢铁工件表面形成氧化石墨烯锌复合涂层的方法，包括如下步骤：

1)一个对钢铁合金工件的表面进行预处理的步骤；

将钢铁合金工件的表面依次使用280#、800#和1500#砂纸打磨，之后用去离子水冲洗以去除钢铁表面残留基体磨损剥离物和砂纸磨粒，之后采用0.5#金刚石研磨膏进行抛光，再用质量百分比浓度为20％的氢氧化钠水溶液在温度为70-80℃条件下浸泡10-15min，脱脂除油，再依次用自来水清洗冲洗和蒸馏水清洗以获得表面平整无污染的表面；

最后用质量百分比浓度为10％的盐酸水溶液酸洗30-60s进行表面活化，再依次用自来水和蒸馏水将表面酸液冲洗干净，再将经过上述处理的钢铁工件浸泡蒸馏水里备用；

2)一个在钢铁合金工件的表面上制备氧化石墨烯锌复合涂层的步骤；

将经过步骤1)处理后的钢铁合金工件和纯锌材放入氧化石墨烯锌复合电镀液中，并分别与直流稳压稳流电源的负极和正极连接，在电流密度为5A/dm²、电镀液温度为30℃和连续机械搅拌条件下沉积，取出后依次用自来水和蒸馏水进行冲洗，并用吹风机吹干或者在干燥环境下阴干，即得到表面镀有氧化石墨烯锌复合镀镀层的钢铁合金工件。