碳基復(fù)合涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳基復(fù)合涂層及其制備方法，所述碳基復(fù)合涂層，包括以下物質(zhì)：石墨烯10?20份、聚硅酸酯30?60份、粘結(jié)劑4?8份、有機(jī)溶劑50份、氨基硅烷3份、耐磨添加劑4?12份、石墨6?12份。本發(fā)明的碳基復(fù)合涂層，具有優(yōu)良耐磨抗腐蝕性，噴涂在金屬表面后，與鋼材結(jié)合緊密，能有效提高鋼材的耐磨性，延長金屬的使用壽命。
【專利說明】
碳基復(fù)合涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳基復(fù)合涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼材的磨損是造成機(jī)械零件失效的主要原因之一，損失十分驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，機(jī)械設(shè)備及零件的磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失占國民經(jīng)濟(jì)總值的4%左右，我國每年因磨損所消耗的鋼材達(dá)百萬噸以上，損失高達(dá)20億元人民幣。因此，研究和開發(fā)高性能的耐磨材料越來越受到材料工作者的重視，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義。
[0003]目前，提高部件耐磨性主要由三種方法:一、改變零件的幾何形狀、加工不問尺寸以及其表面受力情況;二、研發(fā)新型耐磨材料，如耐磨合金及耐磨復(fù)合材料;三、應(yīng)用表面強(qiáng)化技術(shù)對易磨損部位進(jìn)行強(qiáng)化處理，其中表面強(qiáng)化是一種較為有效的方法。而傳統(tǒng)方法用于提高鋼材表面的耐磨方法主要是噴丸、表面滲碳或滲氮，添加Mn、W、Co等元素形成硬質(zhì)合金，通過化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積法或磁控濺射方法在鋼表面沉積TiN、WC等超硬薄膜涂層，但是表面硬化提高耐磨性能的方法效果有限，鋼合金化后韌性較差，表面沉積硬質(zhì)薄膜的方法薄膜厚度一般較薄且成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種碳基復(fù)合涂層，使得鋼材材料的耐磨性和耐腐蝕性顯著增強(qiáng)，使用壽命延長。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]碳基復(fù)合涂層，由以下重量份的物質(zhì)組成:氧化石墨烯10-20份、聚硅酸酯30-60份、粘結(jié)劑4-8份、有機(jī)溶劑50份、氨基硅烷3份、耐磨添加劑4-12份、石墨6-12份。
[0007]碳基復(fù)合涂層，由以下重量份的物質(zhì)組成:氧化石墨烯13-18份、聚硅酸酯38-53份、粘結(jié)劑5-7份、有機(jī)溶劑50份、氨基硅烷3份、耐磨添加劑6-10份、石墨8-12份、
[0008]優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯或偏聚四氟乙烯。
[0009]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為乙醇、N，N_二甲基吡咯烷酮和N-乙基甲酰胺的一種。
[0010]優(yōu)選的，所述耐磨添加劑為碳化硅、納米二氧化鈦、氧化鋁、石英粉、云母粉的任意組合。
[0011]—種碳基復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)、將濃硫酸、石墨粉、硝酸鈉倒入燒杯中超聲，燒杯放入冰浴中冷卻，Ih后緩慢加入高錳酸鉀，反應(yīng)2h后;再在38°C下反應(yīng)0.5h;再將混合體系緩慢加入去離子水中，95°C下反應(yīng)30min，離心洗滌后，得到氧化石墨烯分散液；
[0013](2)、在有機(jī)溶劑中加入聚硅酸酯，攪拌均勻后依次加入氨基硅烷、石墨和耐磨添加劑，得混合液；
[0014](3)、將步驟(I)的氧化石墨烯分散液加入步驟(2)的溶液，再加入粘結(jié)劑，攪拌均勾得到碳基復(fù)合涂料；
[0015](4)、將碳基復(fù)合涂料均勻的噴在鋼材表面，即得碳基復(fù)合涂層。
[0016]本發(fā)明的有益效果:石墨烯是自然界中最強(qiáng)韌的物質(zhì)，且具有很好的彈性，氧化后的石墨烯與涂料體系的結(jié)合力增強(qiáng)，穩(wěn)定性更高，二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨烯分散在鋼材表面；耐磨添加劑碳化硅、二氧化鈦、云母粉等具有良好的韌性、耐高溫、耐酸堿且附著力強(qiáng)，可以顯著提高涂層的耐磨性和耐腐蝕性;石墨能可提高涂層的潤滑性，減小其摩擦系數(shù)，降低零件的磨損。本發(fā)明的碳基復(fù)合涂層，與鋼材結(jié)合緊密，能有效提高鋼材的耐磨性，延長金屬的使用壽命，且對鋼鐵沒有腐蝕性。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018]實(shí)施例1:
[0019]碳基復(fù)合涂層，由以下重量份的物質(zhì)組成:氧化石墨烯10份、聚硅酸酯60份、聚四氟乙烯8份、N，N-二甲基吡咯烷酮50份、氨基硅烷3份、碳化硅3份、云母粉5份、石墨10份。
[0020]所述碳基復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0021 ] (I )、將濃硫酸、石墨粉、硝酸鈉倒入燒杯中超聲，燒杯放入冰浴中冷卻，Ih后緩慢加入高錳酸鉀，反應(yīng)2h后;再在38°C下反應(yīng)0.5h;再將混合體系緩慢加入去離子水中，95°C下反應(yīng)30min，離心洗滌后，得到氧化石墨烯分散液；
[0022](2)、在N，N_二甲基吡咯烷酮中加入聚硅酸酯，攪拌均勻后依次加入氨基硅烷、石墨、碳化硅和云母粉，得混合液；
[0023](3)、將步驟(I)的氧化石墨烯分散液加入步驟(2)的溶液，再加入聚四氟乙烯，攪拌均勻得到碳基復(fù)合涂料；
[0024](4)、將碳基復(fù)合涂料均勻的噴在鋼材表面，即得碳基復(fù)合涂層。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]碳基復(fù)合涂層，由以下重量份的物質(zhì)組成:氧化石墨烯13份、聚硅酸酯30份、聚四氟乙烯6份、N-乙基甲酰胺50份、氨基硅烷3份、氧化鋁3份、石英粉5份、二氧化鈦2份、石墨12份。
[0027]所述碳基復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0028](I)、將濃硫酸、石墨粉、硝酸鈉倒入燒杯中超聲，燒杯放入冰浴中冷卻，Ih后緩慢加入高錳酸鉀，反應(yīng)2h后;再在38°C下反應(yīng)0.5h;再將混合體系緩慢加入去離子水中，95°C下反應(yīng)30min，離心洗滌后，得到氧化石墨烯分散液；
[0029](2 )、在N-乙基甲酰胺中加入聚硅酸酯，攪拌均勻后依次加入氨基硅烷、石墨、氧化鋁、石英粉、二氧化鈦，得混合液；
[0030](3)、將步驟(I)的氧化石墨烯分散液加入步驟(2)的溶液，再加入聚四氟乙烯，攪拌均勻得到碳基復(fù)合涂料；
[0031](4)、將碳基復(fù)合涂料均勻的噴在鋼材表面，即得碳基復(fù)合涂層。
[0032]實(shí)施例3:
[0033]碳基復(fù)合涂層，由以下重量份的物質(zhì)組成:氧化石墨烯18份、聚硅酸酯38份、偏聚四氟乙烯5份、乙醇50份、氨基硅烷3份、石英粉2份、云母粉2份、石墨8份。
[0034]所述碳基復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0035](I)、將濃硫酸、石墨粉、硝酸鈉倒入燒杯中超聲，燒杯放入冰浴中冷卻，Ih后緩慢加入高錳酸鉀，反應(yīng)2h后;再在38°C下反應(yīng)0.5h;再將混合體系緩慢加入去離子水中，95°C下反應(yīng)30min，離心洗滌后，得到氧化石墨烯分散液；
[0036](2)、在N，N_二甲基吡咯烷酮中加入聚硅酸酯，攪拌均勻后依次加入氨基硅烷、石墨、石英粉和云母粉，得混合液；
[0037](3)、將步驟(I)的氧化石墨烯分散液加入步驟(2)的溶液，再加入偏聚四氟乙烯，攪拌均勻得到碳基復(fù)合涂料；
[0038](4)、將碳基復(fù)合涂料均勻的噴在鋼材表面，即得碳基復(fù)合涂層。
[0039]實(shí)施例4:
[0040]碳基復(fù)合涂層，由以下重量份的物質(zhì)組成:氧化石墨烯20份、聚硅酸酯53份、偏聚四氟乙烯4份、N-乙基甲酰胺50份、氨基硅烷3份、碳化硅12份、石墨6份。
[0041]所述碳基復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0042](I)、將濃硫酸、石墨粉、硝酸鈉倒入燒杯中超聲，燒杯放入冰浴中冷卻，Ih后緩慢加入高錳酸鉀，反應(yīng)2h后;再在38°C下反應(yīng)0.5h;再將混合體系緩慢加入去離子水中，95°C下反應(yīng)30min，離心洗滌后，得到氧化石墨烯分散液；
[0043](2)、在N，N_二甲基吡咯烷酮中加入聚硅酸酯，攪拌均勻后依次加入氨基硅烷、碳化硅，得混合液；
[0044](3)、將步驟(I)的氧化石墨烯分散液加入步驟(2)的溶液，再加入偏聚四氟乙烯，攪拌均勻得到碳基復(fù)合涂料；
[0045](4)、將碳基復(fù)合涂料均勻的噴在鋼材表面，即得碳基復(fù)合涂層。
[0046]綜上，本發(fā)明實(shí)施例具有如下有益效果:本發(fā)明的碳基復(fù)合涂層，與鋼材結(jié)合緊密，涂層具有很好的潤滑性，涂層間的摩擦系數(shù)小，從而間接的提高了金屬的耐磨性和抗腐蝕性，延長了金屬的壽命。
[0047]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0048]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳基復(fù)合涂層，其特征在于，由以下重量份的物質(zhì)組成:石墨烯10-20份、聚硅酸酯30-60份、粘結(jié)劑4-8份、有機(jī)溶劑50份、氨基硅烷3份、耐磨添加劑4-12份、石墨6-12份。2.如權(quán)利要求1所述的碳基復(fù)合涂層，其特征在于，由以下重量份的物質(zhì)組成:石墨烯13-18份、聚硅酸酯38-53份、粘結(jié)劑5-7份、有機(jī)溶劑50份、氨基硅烷3份、耐磨添加劑6-10份、石墨8_12份。3.如權(quán)利要求1所述的碳基復(fù)合涂層，其特征在于，所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯或偏聚四氟乙稀。4.如權(quán)利要求1所述的碳基復(fù)合涂層，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為乙醇、N，N-二甲基吡咯烷酮和N-乙基甲酰胺的一種。5.如權(quán)利要求1所述的碳基復(fù)合涂層，其特征在于，所述耐磨添加劑為碳化硅、納米二氧化鈦、氧化鋁、石英粉、云母粉的任意組合。6.—種如權(quán)利要求1?5任一所述的碳基復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、將濃硫酸、石墨粉、硝酸鈉倒入燒杯中超聲，燒杯放入冰浴中冷卻，Ih后緩慢加入高錳酸鉀，反應(yīng)2h后;再在38°C下反應(yīng)0.5h;再將混合體系緩慢加入去離子水中，95°C下反應(yīng)30min，離心洗滌后，得到氧化石墨烯分散液； (2)、在有機(jī)溶劑中加入聚硅酸酯，攪拌均勻后依次加入氨基硅烷、石墨和耐磨添加劑，得混合液； (3)、將步驟(I)的氧化石墨烯分散液加入步驟(2)的混合液中，再加入粘結(jié)劑，攪拌均勾得到碳基復(fù)合涂料； (4)、將碳基復(fù)合涂料均勻的噴在鋼材表面，即得碳基復(fù)合涂層。
【文檔編號】C09D127/16GK105907293SQ201610286756
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】汪德發(fā), 趙文定, 張聯(lián)合, 湯新明, 汪禮忠, 匡和平
【申請人】寧國市開源電力耐磨材料有限公司