[发明专利]一种在钛材料表面制备陶瓷和氧化石墨烯复合膜层的方法

说明书

本发明公开了一种在钛材料表面制备陶瓷和氧化石墨烯复合膜层的方法，包括：对钛材料表面进行磨拋处理，并进行清洗和烘干，得到前处理后的钛材料；将所述前处理后的钛材料置于碱性电解液中，进行微弧氧化处理，从而得到表面覆盖有微弧氧化陶瓷层的钛材料；将所述表面覆盖有微弧氧化陶瓷层的钛材料置于氧化石墨烯溶胶中进行浸渍提拉，然后进行烘干，从而即可在钛材料表面制备出陶瓷和氧化石墨烯复合膜层。本发明不仅制备过程简单、环保无污染，而且能够有效降低钛材料表面由于微弧氧化所形成的放电通道和微裂纹带来的不良影响，从而能够进一步提高钛合金表面的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及陶瓷和氧化石墨烯复合膜层领域，尤其涉及一种在钛材料表面制备陶瓷和氧化石墨烯复合膜层的方法。

背景技术

钛金属及钛合金具有低密度、高熔点、高比强度、耐腐蚀、高低温性能好、无磁性等优点，因此已经广泛应用于航空航天、海洋制造、生物医药等诸多领域。但是钛金属及钛合金的耐磨性较差，这限制了其在一些特定领域的应用，因此钛金属和钛合金需要进行表面处理以达到耐磨性能上的要求。

目前，微弧氧化处理作为一种简单环保的表面处理工艺，已经应用于多种轻金属的表面改性中。在现有技术中，虽然微弧氧化处理所得到的陶瓷层可以大幅提高钛金属及钛合金表面的硬度和耐磨性，但在经过微弧氧化处理后，钛金属及钛合金表面会由于微弧氧化过程中的放电作用和内应力作用形成很多放电通道(微孔)和微裂纹，而这些放电通道和微裂纹在一定程度上降低了钛金属及钛合金的耐磨性能。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种在钛材料表面制备陶瓷和氧化石墨烯复合膜层的方法，不仅制备过程简单、环保无污染，而且能够有效降低钛材料表面由于微弧氧化所形成的放电通道和微裂纹带来的不良影响，从而能够进一步提高钛合金表面的耐磨性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种在钛材料表面制备陶瓷和氧化石墨烯复合膜层的方法，包括以下步骤：

步骤A、对钛材料表面进行磨拋处理，并进行清洗和烘干，得到前处理后的钛材料；

步骤B、将所述前处理后的钛材料置于碱性电解液中，进行微弧氧化处理，从而得到表面覆盖有微弧氧化陶瓷层的钛材料；

步骤C、将所述表面覆盖有微弧氧化陶瓷层的钛材料置于氧化石墨烯溶胶中进行浸渍提拉，然后进行烘干，从而在钛材料表面制备出陶瓷和氧化石墨烯复合膜层。

优选地，所述浸渍提拉的工艺参数包括：浸渍提拉的速度为1～2cm/min、浸渍时间为5～10min、间隔时间为5～10min、提拉次数为3～6。

优选地，所述氧化石墨烯溶胶的浓度为0.25～1wt％。

优选地，所述碱性电解液由NaOH和Na₂SiO₃混合而成，并且NaOH的浓度为5～15g/L，Na₂SiO₃的浓度为10～20g/L。

优选地，所述微弧氧化处理包括：电源的恒压模式下电压为320～380V、电源的频率为500～1000Hz、电源的占空比为20～50％，微弧氧化处理时间为5～20min。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的在钛材料表面制备陶瓷和氧化石墨烯复合膜层的方法是先利用微弧氧化处理在钛材料表面制备出微弧氧化陶瓷层，然后利用浸渍提拉的方法将氧化石墨烯包覆在微弧氧化陶瓷层上，通过对微弧氧化处理的工艺参数、浸渍提拉的工艺参数以及氧化石墨烯溶胶的浓度进行有效控制，从而在钛材料表面形成了具有优异的自润滑作用的陶瓷和氧化石墨烯复合膜层，这不仅能够有效降低钛材料表面由于微弧氧化所形成的放电通道和微裂纹所带来的不良影响，使钛合金表面的耐磨性能得到够进一步提高，而且制备过程简单、环保无污染。

附图说明