[发明专利]一种掺加石墨烯纳米片纳米氧化铝涂层的制备方法

说明书

本发明属于金属表面耐磨防腐技术领域，具体涉及一种掺加石墨烯纳米片纳米氧化铝涂层的制备方法。首先制备出混合均匀的适合等离子喷涂工艺过程的复合粉末，然后利用等离子喷涂技术实现高耐磨防腐涂层的制备。本发明制备的掺加石墨烯纳米片氧化铝涂层具有低孔隙率、高结合强度等优点，并极大地提高了金属基体的耐磨防腐性能，可大大提高严苛工况下表面涂层的使用寿命。

技术领域

本发明属于金属表面耐磨防腐技术领域，具体涉及一种掺加石墨烯纳米片纳米氧化铝涂层的制备方法。

背景技术

纳米氧化铝是结构单元在1nm～100nm之间的陶瓷材料，同时具有陶瓷材料的高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等和纳米材料的大比表面积的特殊效应的特点。氧化铝材料制备的涂层是提高材料耐腐蚀、耐磨损和耐热障等性能应用最广泛的材料，但是在强碱、强酸、腐蚀性盐离子环境下还存在机械零部件表面磨损与腐蚀问题，且仍有韧性差的缺点，所以与金属基体的结合强度有待提高。

等离子喷涂是利用等离子射流为热源，将陶瓷、金属或合金等难熔粉末材料加热到熔化或半熔化状态，高速喷射到预先经过表面处理的基材表面沉积形成涂层的一种加工技术，具有高等量，高热流，高淬火速度的特点。等离子喷涂技术选材广泛，陶瓷，金属甚至一些高分子聚合物都被用来沉积为涂层，应用广泛，便于大面积施工。等离子喷涂可以在基体表面沉积涂层大幅度提高其耐磨防腐性能或者在不对基体破坏的前提下实现对基体关键部位的修复，总之等离子喷涂是表面工程技术中应用最广泛的一种。当然等离子热喷涂技术制备的涂层的孔隙与裂缝总是难以消除，所制备涂层的粗糙度较高，并且涂层与基体是机械结合，所以结合强度仍有待改进。

发明内容

为了解决严苛工况下机械零部件表面磨损与腐蚀问题，并改善涂层与金属基体的结合强度，本发明采用纳米氧化铝掺加石墨烯纳米片组成混合粉末，通过等离子喷涂技术在金属表面沉积涂层，从而提高材料的耐磨防腐性能，使机械零部件表面在腐蚀性溶液中更耐磨，提高其耐久度，同时孔隙率和结合强度都有一定程度的提高，能更好地应用于严苛工况下机械零部件的表面强化。

本发明通过以下技术方案，经过三个步骤实现：

(1)制备等离子喷涂用的掺加石墨烯纳米片氧化铝复合粉末；

复合粉末按照质量百分比的组成为：0.1wt.％-1wt.％石墨烯纳米片，99wt.％-99.9wt.％纳米氧化铝；优选0.5wt.％石墨烯纳米片，99.5wt.％纳米氧化铝。

复合粉末的制备方法为：按照配比将石墨烯纳米片(常州第六元素材料科技有限公司，石墨烯纳米片由多个堆叠的石墨烯层组成，石墨烯纳米片为6-8层，总厚度为2～2.5nm，石墨烯纳米片尺寸3～5μm)和氧化铝粉(上海杳田新材料有限公司，粒径为50nm)充分混合后再经行星球磨机球磨4小时，促进其混合均匀，将球磨好的复合粉末放到60℃的干燥箱烘干，将复合粉末倒在洁净的研钵中，用研磨棒研磨，过筛，最后取80目到200目之间的粉末再加入PVA溶液造粒，粉末与PVA溶液的质量比为4:1，使纳米氧化铝粉末包裹于石墨烯纳米片表面，最终获得流动性良好的复合粉末。

球磨珠为三种规格，分别是大球10mm，中球4mm，小球2mm。球磨珠与粉末的质量比为1.5:1，球磨珠按照大中小的质量比为1:2:4。球磨机转数为380r/min；为了保证复合粉末质量，严格控制球磨时间为4h。

将过筛的粉末进行PVA(5wt.％PVA溶液)造粒，具体为，取80目到200目之间的粉末，每次取20g倒在研钵中，加入5gPVA溶液，用研磨棒将PVA溶液和复合粉末混在一起，需要复合粉末和PVA溶液要充分接触，以便充分提高粉末的流动性，所以研磨搅拌的时间可以适当增加以保证PVA与粉末充分接触混合。

(2)喷涂前对基体进行除油去污处理、烘干后进行表面喷砂预处理；

基体包括但不限于不锈钢、钛合金、碳钢和铜合金等。