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一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2020-01-10
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-05-12
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-08-20
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2040-01-10
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202010025569.9 申请日 2020-01-10
公开/公告号 CN111020664B 公开/公告日 2021-08-20
授权日 2021-08-20 预估到期日 2040-01-10
申请年 2020年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 C25D11/06C25D11/20C25D15/02 主分类号 C25D11/06
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 燕山大学 当前专利权人 燕山大学
发明人 李大龙、陈晗、王栋栋 第一发明人 李大龙
地址 河北省秦皇岛市海港区河北大街438号 邮编 066004
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 河北省 申请人所在市 河北省秦皇岛市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
石家庄众志华清知识产权事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
张建
摘要
本发明提供了一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法,涉及材料表面加工技术领域,该方法包括:本发明通过微弧氧化和电泳沉积交替作用,通过电泳沉积将石墨烯碎片沉积到陶瓷层上,再通过微弧氧化将沉积在表面和孔洞的石墨烯碎片再次掺入到陶瓷层内部,进而提高陶瓷层的耐腐蚀性能,得到了含石墨烯的更耐腐蚀的微弧氧化陶瓷层,本发明中,含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法运用微弧氧化技术和电泳沉积技术的交替作用,可使石墨烯进入到陶瓷层内部,使陶瓷层具有更好的耐腐蚀性能。
  • 摘要附图
    一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-08-20 授权
2 2020-05-12 实质审查的生效 IPC(主分类): C25D 11/06 专利申请号: 202010025569.9 申请日: 2020.01.10
3 2020-04-17 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)、基体表面预处理:
用砂纸对基体表面进行打磨,处理完毕后使用无水乙醇、去离子水对基体表面进行清洗,所述基体的材质为阀金属,所述阀金属为铝或铝合金;
2)、配置微弧氧化电解液;
使用去离子水配置硅酸盐体系电解液,将配置好的硅酸盐体系电解液静置12h得到微弧氧化电解液;
3)、配置电泳沉积电解液:
将石墨烯碎片加入到有机溶剂中,超声分散2~3h,再加入硝酸盐,超声分散0.5~1h得到电泳沉积电解液,有机溶剂为异丙醇,所述石墨烯的重量与异丙醇的体积比为0.5~
0.6g/L,硝酸盐为硝酸镁,所述硝酸镁的重量与加入石墨烯的异丙醇的体积比为0.5~
0.6g/L;
4)、陶瓷层的制备:
①、将基体放入微弧氧化电解液中,以预处理后的基体作为阳极,微弧氧化电解槽作为阴极,在20℃恒温水浴的环境中,采用频率为50~500Hz,交流脉冲电压为400V~700V的交流电,在正负电压比5:1的条件下,将基体在步骤2)所配置的微弧氧化电解液中进行微弧氧化5~10min,将所制得的第一试样用去离子水洗净;
②、使用直流电源80~120V,以碳板为阳极,第一试样作为阴极,在室温下,将第一试样放入步骤3)所配置的电泳沉积电解液中进行电泳沉积3~7min,将所制得的第二试样用去离子水洗净;
③、再将第二试样放入微弧氧化电解液中,以步骤①的微弧氧化条件进行微弧氧化1~
10min,将第二试样取出用去离子水洗净,浸入去离子水中8h,并在空气中晾干。

2.根据权利要求1所述的一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法,其特征在于:
所述步骤2)中在去离子水中加入8~10g/L硅酸钠和1~2g/L氢氧化钠配置硅酸盐体系电解液。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及材料表面加工技术领域,尤其是涉及一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法。

背景技术

[0002] 微弧氧化,是指在普通阳极氧化的基础上,利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应,从而在以铝、钛、镁等金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法,是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加电压,使工件表面的金属与电解质溶液相互作用,在工件表面形成微弧放电,在高温、电场等因素的作用下,金属表面形成陶瓷膜,达到工件表面强化的目的。
[0003] 电泳沉积是指在稳定的悬浮液中通过电场的作用,胶体的粒子沉积成材料的过程称之为电泳沉积。通过在溶液中加入两个电极,使溶液中悬浮的固体粒子在电场力的作用下向与粒子带相反电荷的电极移动,使固体粒子沉积于被涂工件上。
[0004] 石墨烯是一种具备极强、极轻、极高韧性以及良好导电性的只有一层原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,能够吸附和脱附各种原子和分子,因此,将这种材料在材料科学与工程领域具有很大的发展前景。
[0005] 传统微弧氧化陶瓷层的制备工艺都是通过在恒流或者恒压条件下进行微弧氧化制备微弧氧化陶瓷层,虽能够对基体起到一定的保护作用,但所得涂层性能并不能达到最优,仍能够通过改善制备工艺使陶瓷层具有更好的耐腐蚀性能。
[0006] 目前对于石墨烯微弧氧化陶瓷层制备研究较少,虽然有在电解液中加入石墨烯的专利及文章,但是由于石墨烯不容易进入陶瓷层中,耐腐蚀性能并不能提升很明显。

发明内容

[0007] 本发明需要解决的技术问题是提供一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法,得到耐腐蚀性更优的含石墨烯的微弧氧化陶瓷层。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法,包括以下步骤:
[0009] 1)、基体表面预处理:
[0010] 用砂纸对基体表面进行打磨,处理完毕后使用无水乙醇、去离子水对基体表面进行清洗;
[0011] 2)、配置微弧氧化电解液;
[0012] 使用去离子水配置硅酸盐体系电解液,将配置好的硅酸盐体系电解液静置12h得到微弧氧化电解液;
[0013] 3)、配置电泳沉积电解液:
[0014] 将石墨烯碎片加入到有机溶剂中,超声分散2~3h,再加入硝酸盐,超声分散0.5~1h得到电泳沉积电解液;
[0015] 4)、陶瓷层的制备:
[0016] ①、将基体放入微弧氧化电解液中,以预处理后的基体作为阳极,微弧氧化电解槽作为阴极,在20℃恒温水浴的环境中,采用频率为50~500Hz,交流脉冲电压为400V~700V的交流电,在正负电压比5:1的条件下,将基体在步骤2)所配置的微弧氧化电解液中进行微弧氧化5~10min,将所制得的第一试样用去离子水洗净;
[0017] ②、使用直流电源80~120V,以碳板为阳极,第一试样作为阴极,在室温下,将第一试样放入步骤3)所配置的电泳沉积电解液中进行电泳沉积3~7min,将所制得的第二试样用去离子水洗净;
[0018] ③、再将第二试样放入微弧氧化电解液中,以步骤①的微弧氧化条件进行微弧氧化1~10min,将第二试样取出用去离子水洗净,浸入去离子水中8h,并在空气中晾干。
[0019] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述基体的材质为阀金属。
[0020] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述阀金属为铝或铝合金。
[0021] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤2)中在去离子水中加入8~10g/L硅酸钠和1~2g/L氢氧化钠配置硅酸盐体系电解液。
[0022] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤3)中所述的有机溶剂为异丙醇,所述石墨烯的重量与异丙醇的体积比为0.5~0.6。
[0023] 本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤3)中所述的硝酸盐为硝酸镁,所述硝酸镁的重量与加入石墨烯的有机溶剂的体积比为0.5~0.6。
[0024] 由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
[0025] (1)通过微弧氧化和电泳沉积交互作用,使微弧氧化后的陶瓷层进行沉积,能够使石墨烯进入陶瓷层的孔洞,再通过短时间的微弧氧化,使陶瓷层中掺杂进入其它具有耐腐蚀的粒子,从而提高微弧氧化陶瓷层耐腐蚀性能。
[0026] (2)以石墨烯作为添加剂,通过新的工艺使其进入微弧氧化陶瓷层,进而提高所制备出的微弧氧化陶瓷层的耐腐蚀性能。
[0027] (3)电泳沉积采用硝酸镁作为添加剂,可保证石墨烯片层掺杂进入镁离子进而使其沉积到基体表面,并且还原同为阀金属的金属镁,还可保证微弧氧化的正常进行,即使沉积的金属镁未被完全氧化时,同样能够起到保护基体的作用。

实施方案

[0029] 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
[0030] 一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法,以铝或者铝合金等阀金属作为基体,通过微弧氧化和电泳沉积交互作用,首先对其进行一段时间的微弧氧化,在表面形成陶瓷层,再通过电泳沉积技术将石墨烯沉积到陶瓷层的表面,然后进行一段时间的微弧氧化,使沉积在表面和孔洞的石墨烯碎片掺杂进入陶瓷层内部,以增强微弧氧化陶瓷层的耐腐蚀性能,最终得到耐腐蚀性更优的含石墨烯的微弧氧化陶瓷层。
[0031] 在本发明的一种实施方案中,给出了一种普通硅酸盐电解液制备的微弧氧化涂层的对比例,并给出了一种含石墨烯微弧氧化耐蚀陶瓷层的制备方法的实施例。
[0032] 对比例:
[0033] S1:用砂纸对金属铝片表面进行打磨,处理完毕后使用无水乙醇、去离子水对其表面进行清洗;
[0034] S2:用去离子水加入8g/L硅酸钠,2g/L氢氧化钠,用搅拌棒搅拌均匀,并静置12h,使其全部溶解;
[0035] S3:以S1所得的金属铝片作为阳极,微弧氧化电解槽作为阴极,在20℃恒温水浴的环境中,采用50Hz,交流脉冲电压594V,正负电压比5:1的条件下,在S2所配置的微弧氧化电解液中进行微弧氧化5min,将电源关闭,重新再进行1min的微弧氧化,将所制得的试样用去离子水洗净,浸入去离子水中8h,在空气中晾干(保证微弧氧化时间及顺序相同,以排除二次微弧氧化引起耐蚀性的增强,以证明是电泳沉积石墨烯导致耐蚀性的增强);
[0036] 实施例:
[0037] S1:用砂纸对金属铝片表面进行打磨,处理完毕后使用无水乙醇、去离子水对其表面进行清洗;
[0038] S2:在去离子水中加入8g/L硅酸钠,2g/L氢氧化钠,用搅拌棒搅拌均匀,并静置12h,使其全部溶解,得到微弧氧化电解液;
[0039] S3:称量石墨烯碎片110mg,将其加入到200mL的异丙醇中,进行超声分散2h;
[0040] S4:称量硝酸镁100mg,将其加入到S3所制得的溶液中,再进行超声分散0.5h,得到电泳沉积电解液;
[0041] S5:以S1所得的金属铝片作为阳极,微弧氧化电解槽作为阴极,在20℃恒温水浴的环境中,采用频率为50Hz,交流脉冲电压594V的交流电,在正负电压比5:1的条件下,将基体在S2所配置的微弧氧化电解液中进行微弧氧化5min,将所制得的第一试样用去离子水洗净;
[0042] S6:使用直流电源80V,以碳板为阳极,S5后的第一试样作为阴极,在室温下,将第一试样放入S4所配置的电泳沉积电解液中进行电泳沉积5min,将所制得的第二试样用去离子水洗净;
[0043] S7:再将第二试样放入微弧氧化电解液中,以步骤①的微弧氧化条件进行微弧氧化1min,将第二试样取出用去离子水洗净,浸入去离子水中8h,在空气中晾干。
[0044] 步骤S3中,所述石墨烯的重量与异丙醇的体积比为0.5~0.6,使用上述的比例时,能够使石墨烯在溶液中分散效果较好。
[0045] 步骤S4中,所述硝酸镁的重量与加入石墨烯的异丙醇的体积比为0.5~0.6,在电泳沉积后,基体表面石墨烯和金属镁更加均匀的沉积在金属铝片的表面。
[0046] 根据本发明对比例和实施例分别制备的膜层的Tafel曲线图如图1所示,其中,Lg‑2[J/Acm ]是电流密度的对数,E为电位。
[0047] 经过对比对比例和实施例的两个Tafel曲线的拟合结果,得到各自的腐蚀电位和腐蚀电流如下表:
[0048] 2NO. Ecorr/(V) Icorr/(mA/cm)
‑08
对比例 ‑0.816451 3.54993E
‑09
实施例 ‑0.806071 1.0985E
[0049] 从上表中可以看出,单独以硅酸盐体系为电解液的对比例所制备出来的陶瓷层,相较于基体而言,耐腐蚀性能有了一定的提高,但是仍然不能满足严苛的耐腐蚀条件。而本发明制备的微弧氧化陶瓷层,腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流Icorr均优于对比例,耐腐蚀性能更好,能够适应更严苛的服役条件,同时制备的金属铝的微弧氧化陶瓷层具备更优异的耐磨损性能。

附图说明

[0028] 图1是根据本发明对比例和实施例分别制备的膜层的Tafel曲线图。
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