CN106367710A - 一种不锈钢基材抗磨涂层的制备方法 - Google Patents

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纪红兵
晏金灿
刘义
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C6/00—Coating by casting molten material on the substrate

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢基材抗磨涂层的制备方法，包括a) 对不锈钢基材进行前处理，包括超声清洗以及氧化处理后进行硅烷偶联剂处理；b) 在处理后的不锈钢基材表面通过溶液铸造法涂覆氧化石墨烯；c)对所得到的氧化石墨烯涂层进行石墨化处理。采用本发明的方法制备的抗磨涂层兼备石墨烯的润滑性能以及氧化石墨烯的优良成膜性能，价格便宜，且具有优异的抗磨性能。

Description

一种不锈钢基材抗磨涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及抗磨涂层领域，具体地说，涉及一种抗磨涂层的制备方法。
背景技术
目前机械***的组件在运行过程中会承受摩擦力而发生磨损，最终导致性能发生改变甚至是完全失效，因此需要对其进行抗磨处理。
通常会在金属组件表面涂覆抗磨涂层来强化其抗磨性能。部分抗磨涂层采取添加具有较强抗磨性能的材料来改善传统涂层的抗磨性能。而石墨烯纳米材料具有良好的性能，因而近年来成为研究热点，但其研究主要集中在复合材料的机械性能、力学性能、热学性能以及防腐性能等方面，而对其摩擦性能方面的应用研究较少，专利CN105524547A公开了一种具有优异抗磨性能的聚酰亚胺/氟化石墨烯复合耐磨涂层及其制备方法，该专利使用氟化石墨烯作为抗磨添加剂提高了涂层的抗磨性能，但是氟化石墨烯制备过程难度大，且具有一定的危险性，另外对环境污染大，导致其生产成本高，难以工业化应用。专利CN103965745A公开了一种环氧树脂复合涂层溶液、其制备方法及使用方法。该专利使用石墨烯作为添加剂，但是石墨烯会发生团聚，因此需要对其进行改性，且该复合涂层溶液的制备工艺及涂装工艺均相当复杂且耗时较长。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种不锈钢基材抗磨涂层的制备方法，该方法简单、快捷，得到的涂层膜厚可控，抗磨效果明显，本发明使用氧化石墨烯作为涂层材料，丰富了石墨烯在抗磨涂层方面的应用，其所使用的氧化石墨烯价格便宜，因此易于工业化生产。
本发明采用的技术方案如下：
一种不锈钢基材抗磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)对不锈钢基材进行前处理，首先对不锈钢基材使用有机溶剂进行超声清洗，之后对不锈钢基材进行氧化处理，接下来使用硅烷偶联剂溶液浸泡处理；
(2)在不锈钢基材上采用溶液铸造的方法涂覆氧化石墨烯涂层；
(3)对得到的氧化石墨烯涂层进行石墨化处理。
在上述的制备方法中，步骤(1)中超声清洗选用有机溶剂为丙酮或乙醇，超声清洗的时间在0.5h-2h；氧化处理采用的试剂为98％的浓硫酸和30％的过氧化氢溶液的混合溶液，体积比在7：3-3：1，处理时间在0.5h-3h；硅烷偶联剂选择γ-氨丙基三乙氧基硅烷的丙酮和水的混合溶液，丙酮和水的体积比在5：1，硅烷偶联剂的浓度在1％-5％，浸泡处理的时间在0.5h-3h。
在上述的制备方法中，步骤(2)使用的氧化石墨烯溶液的浓度在0.1mg/ml-1mg/ml，温度控制在90℃-200℃。
在上述的制备方法中，步骤(3)进行石墨化处理的温度在90℃-200℃，时间在0.5h-3h。
在上述的制备方法中，所述的不锈钢基材是200系列或300系列铬镍奥氏体不锈钢，包括201、203、304、304L、316、316L等型号不锈钢基材。
在上述的制备方法中，所指的氧化石墨烯是采用Hummers法制备，直径在50nm-20μm，厚度在0.3-100nm的单层氧化石墨烯。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的制备方法简单、快捷，得到的涂层膜厚可控，抗磨效果明显。本发明使用氧化石墨烯作为涂层材料，丰富了石墨烯在抗磨涂层方面的应用，其所使用的氧化石墨烯价格便宜，因此易于工业化生产。
附图说明
图1为摩擦磨损曲线；
a为实施例1，b为比较例1
图2为磨痕的扫描电镜图；
a为实施例1，b为比较例1。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
本发明采用以下实验方法来进行抗磨涂层的制备。
实施例1：抗磨涂层的制备方法为：将不锈钢基材浸入丙酮溶液中超声1h；98％的浓硫酸和30％的过氧化氢溶液按体积比为3：1配成氧化剂对基材进行氧化，反应90min之后洗涤吹干；按照氨基硅烷偶联剂(体积分数约1％)、丙酮(体积分数约80％)、水(体积分数约19％)的比例配成溶液，充分搅拌后将不锈钢基材浸入其中静置1h。之后将其浸泡在50ml的0.4mg/ml的氧化石墨烯溶液中，溶液铸造过程保持在110℃的温度，氧化石墨烯被涂覆到不锈钢基材上后进行石墨化处理，即将样品放置在真空干燥箱中，在100℃下处理60min。
实施例2：抗磨涂层的制备方法为：将不锈钢基材浸入丙酮溶液中超声1h；98％的浓硫酸和30％的过氧化氢溶液按体积比为2：1配成氧化剂对基材进行氧化，反应60min之后洗涤吹干；按照氨基硅烷偶联剂(体积分数约1％)、丙酮(体积分数约80％)、水(体积分数约19％)的比例配成溶液，充分搅拌后将不锈钢基材浸入其中静置1h。之后将其浸泡在50ml的0.6mg/ml的氧化石墨烯溶液中，溶液铸造过程保持在110℃的温度，氧化石墨烯被涂覆到不锈钢基材上后进行石墨化处理，即将样品放置在真空干燥箱中，在120℃下处理45min。
实施例3：抗磨涂层的制备方法为：将不锈钢基材浸入丙酮溶液中超声1h；98％的浓硫酸和30％的过氧化氢溶液按体积比为7：3配成氧化剂对基材进行氧化，反应30min之后洗涤吹干；按照氨基硅烷偶联剂(体积分数约1％)、丙酮(体积分数约80％)、水(体积分数约19％)的比例配成溶液，充分搅拌后将不锈钢基材浸入其中静置1h。之后将其浸泡在50ml的0.8mg/ml的氧化石墨烯溶液中，溶液铸造过程保持在110℃的温度，氧化石墨烯被涂覆到不锈钢基材上后进行石墨化处理，即将样品放置在真空干燥箱中，在150℃下处理30min。
最后使用CSM摩擦磨损测试仪对其抗磨性能进行表征，并使用扫描电子显微镜观察磨痕宽度，实验结果如表1以及图1-2所示。
【实施例1～3】
按照表1中的参数进行实验，其实验结果用摩擦磨损测试仪得到的摩擦系数以及扫描电镜测出的磨痕宽度来表征，其结果见表1；另实验所测得摩擦系数曲线及磨痕电镜图如图1-2所示。
表1

Claims (6)

1.一种不锈钢基材抗磨涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）对不锈钢基材进行前处理，首先对不锈钢基材使用有机溶剂进行超声清洗，之后对不锈钢基材进行氧化处理，接下来使用硅烷偶联剂溶液浸泡处理；
在不锈钢基材上采用溶液铸造的方法涂覆氧化石墨烯涂层；
（3）对得到的氧化石墨烯涂层进行石墨化处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中超声清洗选用有机溶剂为丙酮或乙醇，超声清洗的时间在0.5h-2h；氧化处理采用的试剂为浓硫酸和过氧化氢的混合溶液，体积比在7：3-3：1，处理时间在0.5h-3h；硅烷偶联剂选择γ-氨丙基三乙氧基硅烷的丙酮和水的混合溶液，丙酮和水的体积比在5：1，硅烷偶联剂的浓度在1%-5%，浸泡处理的时间在0.5h-3h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（2）使用的氧化石墨烯溶液的浓度在0.1mg/ml-1mg/ml，温度控制在90℃-200℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3）进行石墨化处理的温度在90℃-200℃，时间在0.5h-3h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的不锈钢基材是200系列或300系列铬镍奥氏体不锈钢。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氧化石墨烯是采用Hummers法制备，直径在50nm-20µm，厚度在0.3-100nm的单层氧化石墨烯。
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