[发明专利]一种石墨烯包覆铝复合涂层及制备方法和应用

说明书

本发明属于金属表面处理技术领域，公开了一种石墨烯包覆铝复合涂层及其制备方法和应用。该方法是将铝粉放入氧化石墨烯水溶液搅拌反应，烘干得到石墨烯包覆铝粉；采用机械处理法在金属表面制造粗糙度，清洗后烘干制得具有粗糙度的金属表面；打开冷喷涂设备，将石墨烯包覆铝粉装入指定供粉筒中；将具有粗糙度的金属表面安装在特定夹具上，设置冷喷涂工艺参数，启动喷涂装置将合成的石墨烯包覆铝粉沉积在具有粗糙度的金属表面上，制备石墨烯包覆铝粉涂层。该方法包覆后铝粉表面硬度提高及流动性更好，避免了喷涂时堵管的现象，提高了喷涂效率。该石墨烯包覆铝复合涂层结构致密性高，能高效隔离侵蚀离子，表现出更强的耐蚀性，可应用在防腐领域中。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯包覆铝复合涂层及制备方法和应用。

背景技术

镁合金因其较高的比强度、优异的切削加工、铸造性能、生物相容性等使其在汽车、电子通讯、航空航天、生物医学等领域具有广泛的应用前景，但较高的化学活性带来的耐蚀性差问题严重限制其应用。表面涂层防护是镁合金最常用又高效的防护方法，主要包括：电镀、气相沉积、热喷涂、等离子喷涂和有机涂层等，这些方法存在污染、工艺复杂、涂层缺陷多或防护效果不足等问题。低压冷喷涂是近些年发展起来的一种新型制备防护涂层的方法，具有沉积效率高、涂层缺陷少、低温低压操作等优势，尤其适用于镁合金一类的热敏感材料。据报道，目前已经采用冷喷涂在镁合金上制备了铝、铝合金、锌铝合金、镍、不锈钢等涂层，初步证实了冷喷涂可以为镁合金提供较好的防护涂层。镁合金上冷喷涂铝基涂层因其低成本、较好防护效果最受关注，但由于镁合金的极强活性，需其对涂层的结构具有较高的致密性，否则轻微的涂层缺陷也容易造成镁合金基体的加速腐蚀。因此，急需开发一种新型的结构致密、可长效防护的冷喷涂涂层。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明提供了一种石墨烯包覆铝复合涂层的制备方法，该方法采用冷喷涂制备石墨烯包覆铝复合涂层。

本发明另一目的在于提供了一种上述方法制备的石墨烯包覆铝复合涂层。该涂层具有更致密的结构和更优异的耐蚀性能，可以为一些耐蚀性差的金属提供长效防腐保护作用。

本发明再一目的在于提供了上述石墨烯包覆铝基复合涂层的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种石墨烯包覆铝复合涂层的制备方法，包括以下具体步骤：

S1.将铝粉放入氧化石墨烯水溶液搅拌，反应后氧化石墨烯被还原并自组装于铝粉表面，烘干得到石墨烯包覆铝粉；

S2.采用机械处理法在金属表面制造粗糙度，乙醇清洗后烘干制得具有粗糙度的金属表面；

S3.打开冷喷涂设备，将步骤S1的石墨烯包覆铝粉装入指定供粉筒中；将步骤S2具有粗糙度的金属表面安装在特定夹具上，设置冷喷涂工艺参数，启动喷涂装置将合成的石墨烯包覆铝粉沉积在具有粗糙度的金属表面上，制备石墨烯包覆铝粉涂层。

优选地，步骤S1中所述的铝粉为球形或类球形粉末，所述的铝粉的粒径为 10～40μm。

优选地，步骤S1中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1～0.6g/L，石墨烯包覆铝粉中石墨烯的质量分数为0.1～0.3wt％。

优选地，步骤S2中所述机械处理法为喷砂或砂纸打磨。

更为优选地，所述喷砂的工作气压为0.5～0.8Mpa，所述喷砂的角度为70～90°；所述砂纸为200～600目。

优选地，步骤S2中所述的金属为生铁、钢、铸铁、镁、铝、铜、镁合金、铜合金或铝合金，所述金属表面的粗糙度为5～10Ra。