[发明专利]一种石墨烯纳米片/非晶铁基复合涂层的制备方法

说明书

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种石墨烯纳米片/非晶铁基复合涂层的制备方法。首先通过行星球磨机和PVA溶液造粒制备等离子喷涂所使用的复合粉末，复合粉末的粒度在60～120μm之间。然后在等离子喷涂作用下实现耐磨防腐涂层的制备。本发明制备的石墨烯/非晶铁基复合涂层具备低孔隙率、硬度高、优异的耐磨防腐性能、优异的力学性能，在材料的耐磨防腐方面起着非常重要的作用，极大地提高了市场竞争力。

技术领域

本发明属于材料表面改性领域，具体涉及一种石墨烯纳米片/非晶铁基复合涂层的制备方法。

背景技术

非晶材料短程有序长程无序，没有晶态材料中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀，使得腐蚀液无缝可钻；同时它自身活性较高，能够在表面迅速形成钝化膜，所以它具有比传统晶态物质更好的耐腐蚀性能。另一方面非晶材料原子排列不规则，原子不是整齐的排在晶面上而是犬牙交错，这就使得材料断裂需要较高的强度和硬度，相应的力学性能也比较好。

等离子喷涂具有高的能量密度、高的热流密度、高的淬火速率。但是等离子喷涂火焰温度高，喷涂过程中易产生氧化和过熔现象，所制备的涂层致密度稍差(一般在95％以上)，沉积效率较低。此外，采用等离子喷涂技术所制备的非晶涂层中，非晶含量普遍不高。并且尽管非晶铁基涂层具有较好的耐腐蚀性，但其耐磨性能稍差，限制了其在严苛工况下的使用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明用铁基非晶粉末添加不同比例的石墨烯纳米片组成复合喷涂粉末，通过等离子喷涂在金属表面喷上一层复合涂层，从而提高它的耐磨防腐性能，以便更好地在机械零部件的耐磨防腐场合发挥更好的作用。

本发明在传统的铁基非晶粉末中加入不同比例的石墨烯纳米片，形成复合涂层，该涂层较单一的铁基非晶涂层有更高的耐磨性能和耐腐蚀性能，同时石墨烯纳米片的加入可使涂层硬度提高，组织更加致密具有更低的孔隙率，能更好的应用于石油管道的耐磨防腐中。

本发明提供了一种简单易行的在铁基非晶粉末中掺杂石墨烯纳米片进行等离子喷涂的方法。所形成的复合非晶涂层没有异相、偏析，同时涂层也能形成钝化提高耐蚀性，石墨烯纳米片的加入也提高了材料的力学性能增加了它的耐磨性。本发明有望形成一种新型高效的提高材料表面防腐耐磨的方法，极大的延长石油管道的使用寿命，降低经济成本。

本发明通过以下技术方案，经过3个步骤实现：

(1)制备等离子喷涂所使用的复合粉末；

(2)喷涂前对基体进行预处理，包括除油去污、超声波清洗、烘干、喷涂前的表面喷砂；

(3)复合涂层的制备，使用型号为9MB的等离子喷枪将步骤(1)制备的复合粉末经等离子喷涂融化后沉积在经步骤(2)预处理，并装在旋转工作台上面的基体表面，最后得到石墨烯纳米片/非晶铁基复合涂层。

本发明步骤(1)所述的复合粉末粒径为60～120μm，其成分按质量百分比为：石墨烯纳米片(GNS)3.0～10.0wt.％，Cr 16.0～16.4wt.％，Co 9.7～14.0wt.％，Cu 0.1～0.6wt.％，Mo 25.9～26.1wt.％，其余为Fe。

步骤(1)中石墨烯纳米片(GNS，第六元素材料科技股份有限公司)和铁基非晶粉末(北京桑斯普瑞新材料有限公司)充分混合后达到均匀的目的，然后使用行星球磨机充分球磨。球磨珠为三种规格的二氧化锆：大球直径10mm，中球直径5mm，小球直径3mm，选用料球比(喷涂复合粉末：二氧化锆球磨珠＝1:1.5)。调节行星球磨机的参数：转速为380转/分钟，模式为正常模式，球磨时间为4h。

步骤(1)中将行星球磨机磨好的复合粉末放到60℃的干燥箱烘8h，将复合粉末倒在研钵中，用研磨棒研磨，研磨之后的粉末需要过80目的筛子，掉不下去的粉末倒在研钵中进行二次研磨，这样周而复始待到所有的粉末都能过筛。