本發(fā)明屬于金屬腐蝕與防護技術領域，具體涉及一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法。
背景技術：
隨著工業(yè)技術的快速發(fā)展，使得工程設備及構件的服役條件愈加嚴苛，因此對于材料性能的要求也愈加嚴苛。然而單純的金屬材料在高溫抗氧化、耐腐蝕，耐磨減摩等方面的表現(xiàn)無法滿足服役條件的要求，減少了工程設備的使用壽命，限制了其使用環(huán)境。目前，為防止工裝設備及零部件在較為惡劣的環(huán)境下工作時產(chǎn)生表面腐蝕從而導致整體破壞，對工裝設備及零部件表面涂覆涂層已成為工裝設備及零部件表面保護的最重要、最經(jīng)濟的防護措施。
陶瓷材料具有良好的高溫抗氧化性及耐磨性，因此在金屬表面涂覆陶瓷涂層既具有金屬的強度和韌度又具有陶瓷材料耐高溫、高溫抗氧化、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點，正越來越受到人們的重視，目前金屬基陶瓷涂層已成功地應用于航天、航空、國防、化工機械、電力、電子等工業(yè)領域。
現(xiàn)有技術制備的金屬基陶瓷涂層的耐腐蝕性能仍然不能滿足惡劣環(huán)境下的現(xiàn)場施工要求，從而極大地限制了其大范圍的應用。
技術實現(xiàn)要素：
基于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法，該涂層與金屬基體具有優(yōu)異的結合性能，同時具有較好的耐腐蝕性和高溫耐磨損性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
一種低速重載齒輪表面涂層及其制備方法，該制備方法包括如下步驟：
A稱取適量的石墨烯；
B將稱量好的石墨烯進行超聲分散；
C將步驟B處理好的石墨烯與陶瓷骨料及固化劑充分混合；
D將步驟C混合均勻的粉體與膠黏劑混合攪拌均勻，采用刷涂的方式涂覆在基體上；
E將步驟D中涂層進行固化處理，從而得到所需的無機陶瓷涂層。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法中，所述步驟A中石墨烯百分比為0.1％～0.5％。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法中，步驟B中所述分散是在無水乙醇中進行。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法中，步驟C中所述骨料及固化劑含量為：氧化鋁20％～35％；硅酸鋯10％～25％，氧化鋯5％～15％；固化劑1％～10％；
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法中，步驟C中所述充分混合是通過行星式球磨機進行，球磨時使用的罐體為陶瓷罐，球磨介質(zhì)小球為瑪瑙球。球料比采用2:1。球磨罐的轉(zhuǎn)速設定為320r/min，正反雙向交替運行，球磨機轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速約為球磨罐轉(zhuǎn)速的1/2。正反向每隔3小時交替運行，總計運行12小時停止球磨機運行。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法中，步驟D中所述球磨后的粉體與黏結劑按質(zhì)量分數(shù)1:0.8比例混合，充分攪拌均勻。在本發(fā)明中，所述黏結劑優(yōu)選為磷酸二氫鋁黏結劑。然后，將已經(jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
優(yōu)選的，在上述一種植入石墨烯的耐腐蝕無機陶瓷涂層及其制備方法中，步驟E中所述固化工藝如下：首先，在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻，即可得到固化后的金屬基陶瓷涂層。
本發(fā)明將微量的石墨烯植入無機陶瓷涂層中，從而制備出耐腐蝕的無機陶瓷涂層，結果發(fā)現(xiàn)陶瓷涂層與金屬基體具有優(yōu)異的結合性能，得到的金屬基陶瓷涂層具有較高的耐磨損和耐腐蝕性能，極大地提高了金屬部件在苛刻條件下的服役壽命。本發(fā)明的制備方法可控性好，操作簡單，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品可應用于各種苛刻的腐蝕環(huán)境，具有相當廣闊的應用前景。
具體實施方式
實施例一(比較例)
稱取適量的陶瓷骨料和固化劑，并將其充分混合。所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁31％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對基體表面清洗預處理和基體表面粗糙化處理。將基體分別放入含有丙酮和酒精的燒杯中，超聲波清洗機去除基體表面的油污；然后采用砂紙除去基體表面未能清洗掉的氧化層和銹斑，同時也完成了對金屬基體表面的粗糙化處理。最后用酒精將金屬基體表面產(chǎn)生的磨屑清洗干凈，并干燥；
球磨后的粉體與黏結劑按質(zhì)量分數(shù)1:0.8比例混合，黏結劑為磷酸二氫鋁黏結劑，充分攪拌均勻。然后，將已經(jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0的無機陶瓷涂層，作為比較例進行比較。
實施例二
按照0.1％質(zhì)量百分比稱取適量的石墨烯；
在無水乙醇中超聲分散45min；
稱取適量的骨料和固化劑，將分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化劑，充分混合；所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁30.9％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對基體表面清洗預處理和基體表面粗糙化處理。
球磨后的粉體與自制的黏結劑按質(zhì)量分數(shù)1:0.8比例混合，充分攪拌均勻。然后，將已經(jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0.1％的無機陶瓷涂層。
實施例三
按照0.3％質(zhì)量百分比稱取適量的石墨烯；
在無水乙醇中超聲分散45min；
稱取適量的骨料和固化劑，將分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化劑，充分混合；所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁30.7％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對基體表面清洗預處理和基體表面粗糙化處理。
球磨后的粉體與自制的黏結劑按質(zhì)量分數(shù)1:0.8比例混合，充分攪拌均勻。然后，將已經(jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0.3％的無機陶瓷涂層。
實施例四
按照0.5％質(zhì)量百分比稱取適量的石墨烯；
在無水乙醇中超聲分散45min；
稱取適量的骨料和固化劑，將分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化劑，充分混合；所述陶瓷骨料及固化劑的含量為：氧化鋁30.5％；硅酸鋯16％，氧化鋯6％；氧化鋅3.2％，氧化鎂1.4％；
對基體表面清洗預處理和基體表面粗糙化處理。
球磨后的粉體與自制的黏結劑按質(zhì)量分數(shù)1:0.8比例混合，充分攪拌均勻。然后，將已經(jīng)混合均勻的料漿用刷涂的方法涂覆在處理后的金屬基體表面。
在室溫條件下自然固化2h；接著將涂層均勻加熱到60℃，在60℃保溫1h；然后加熱到120℃，保溫1h；繼續(xù)加熱到240℃，在240℃保溫2h；最后加熱到300℃，在300℃保溫1h停止加熱，涂層自然冷卻。
即得到石墨烯含量為0.5％的無機陶瓷涂層。
通過電化學試驗(極化曲線分析法)對不含石墨烯及植入石墨烯的無機陶瓷涂層進行腐蝕行為評定。其極化曲線法得到的數(shù)據(jù)如表一所示：隨著石墨烯的添加，腐蝕電流密度進一步降低，耐腐蝕效率進一步提高。當石墨烯含量為0.5％時，腐蝕電流密度較小到1.21E-7A/cm2，耐腐蝕效率增加到97.1％。由此可見本發(fā)明的植入石墨烯的無機陶瓷涂層，可顯著提高涂層的耐腐蝕性，進一步保護基體免受腐蝕的破壞。
表一不同石墨烯含量涂層電化學參數(shù)
以上所述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。