CN110938372A - 一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先制备石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，然后在AZ91D镁合金表面涂覆2‑3层石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，具体采用棒涂的方式涂覆，然后在80‑100℃的干燥箱中烘干固化。本发明还公开了根据所述镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法制备得到的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料及在镁合金制品表面的应用。本发明公开的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料，甲基三甲氧基硅烷以共价键和氧化石墨烯片层相连，应用后所得的氧化石墨烯复合涂层具有更高的耐腐蚀性，较好地提高了镁合金防腐性能，且其成本较低、制作工艺简单，不含重金属离子，符合生态环保理念。
Description
技术领域
本发明属于化工新材料技术领域，涉及一种金属表面处理技术，尤其涉及一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料及其制备方法和应用。
背景技术
镁具有密度低(其密度为1.74g/cm3，仅为铝的2/3和铁的1/4)的特点，制成的镁合金制品比强度比刚度高，具有优良的电磁屏蔽性能和导热导电性能，被称为21世纪的绿色工程材料，在通讯电子汽车制造武器装备和航空航天等领域具有广阔应用前景。但是由于镁合金腐蚀性能差的特点，使得现在对镁合金表面防腐的研究体现得尤为重要。现有技术中一般采用在镁合金表面涂覆耐腐蚀涂层的方法来实现防腐的目的，常见的耐防腐涂层有磷酸盐涂层、微弧氧化涂层、超疏水涂层等。当镁合金用作通讯电子、航空航天的时候，对防腐涂层厚度会有严格的要求。然而，太厚的涂层对镁合金制品的性能如导热性有较大影响。
自2004年石墨烯被发现以来，其独特的结构和优异的性能亦引起了研究者的广泛关注，其优良的导电性、耐热性、化学惰性和透明度等性能使得石墨烯拥有巨大的应用潜力。之前报道中采用离子溅射法(CN 105568243 A)、化学气相沉积法(CN105568243 A)等方法直接在金属表面形成防腐涂层，这些方法对设备要求较高，生产效率低。石墨烯虽然是一种优秀的防护材料，但也存在着不良的副作用，是指石墨烯会加剧金属腐蚀的现象，这种效应可能阻碍其在金属保护的应用。
现有技术中的石墨烯防腐蚀涂料通常为油性涂料，需要添加大量的挥发性溶剂，易对环境造成污染，给施工者身体健康造成威胁，除此之外，石墨烯在涂料中极易发生团聚，甚至产生更多的微孔，其分散均匀性也是石墨烯广泛使用的瓶颈。近年来，市面上出现了水性防腐涂料，这种涂料具有环保性好的优点，但普遍存在防腐蚀期限较短，对表面处理要求高，颜填料分散稳定性较差、涂装后易发生闪蚀等问题。
因此，开发一种成本较低、制作工艺方便、耐腐蚀性较好的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料及其制备方法和应用，该方法简单易行，制备效率和成品合格率高，耗能少，对设备依赖性小，经济价值、社会价值、生态价值和推广应用价值高；制备得到的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料具有优异的附着力、耐腐蚀性能和耐久稳定性，制备成本低廉，可以有效提高镁合金耐腐蚀性能，且涂料中石墨烯的分散性好，其加入后，能改善涂料的综合性能；除此之外，该水性涂料综合性能佳，耐水性好，使用安全环保；用于镁合金表层形成的涂层硬度大，耐磨性好，耐刮性能佳，使用寿命长。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先制备石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，然后在AZ91D镁合金表面涂覆2-3层石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，具体采用棒涂的方式涂覆，然后在80-100℃的干燥箱中烘干固化，即得到镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料。
进一步的，所述氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯、甲基三甲氧基硅烷、无水乙醇与去离子水混合均匀后得到混合物料，然后向其中加入聚乙二醇，继续搅拌20-30分钟，得到氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体。
优选地，所述氧化石墨烯、甲基三甲氧基硅烷、无水乙醇与去离子水按体积比为(0.2-0.5):1:3:6。
优选地，所述聚乙二醇的添加量为混合物料质量的0.05％。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据上述一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法制备得到的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料在镁合金制品防腐涂层上的应用。
由于上述技术方案运用，本发明专利与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料及其制备方法和应用，该方法简单易行，制备效率和成品合格率高，耗能少，对设备依赖性小，经济价值、社会价值、生态价值和推广应用价值高；制备得到的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料具有优异的附着力、耐腐蚀性能和耐久稳定性，制备成本低廉，可以有效提高镁合金耐腐蚀性能，且涂料中石墨烯的分散性好，其加入后，能改善涂料的综合性能；除此之外，该水性涂料综合性能佳，耐水性好，使用安全环保；用于镁合金表层形成的涂层硬度大，耐磨性好，耐刮性能佳，使用寿命长；本发明通过在镁合金表面涂覆氧化石墨烯复合涂层，在镁合金表面获得致密度高、结合紧密的氧化石墨烯复合涂层；本发明通过氧化石墨烯与甲基三甲氧基硅烷共价键相连，形成石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，本发明提供的防腐蚀涂料，成本低，制作工艺简单，可以有效提高镁合金耐腐蚀性能。
附图说明
图1为实施例1中氧化石墨烯复合涂层电化学测试前后和扫描电子显微镜图。
图2为实施例1中氧化石墨烯复合涂层极化曲线图。
图3为实施例1中氧化石墨烯复合涂层阻抗图谱。
图4为实施例2中氧化石墨烯复合涂层电化学测试前后和扫描电子显微镜图。
图5为实施例2中氧化石墨烯复合涂层极化曲线图。
图6为实施例2中氧化石墨烯复合涂层阻抗图谱。
具体实施方式
本发明涉及一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先制备石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，然后在AZ91D镁合金表面涂覆2-3层石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，具体采用棒涂的方式涂覆，然后在80-100℃的干燥箱中烘干固化，即得到镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料。
进一步的，所述氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯、甲基三甲氧基硅烷、无水乙醇与去离子水混合均匀后得到混合物料，然后向其中加入聚乙二醇，继续搅拌20-30分钟，得到氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体。
优选地，所述氧化石墨烯、甲基三甲氧基硅烷、无水乙醇与去离子水按体积比为(0.2-0.5):1:3:6。
优选地，所述聚乙二醇的添加量为混合物料质量的0.05％。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据上述一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法制备得到的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料在镁合金制品防腐涂层上的应用。
由于上述技术方案运用，本发明专利与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料及其制备方法和应用，该方法简单易行，制备效率和成品合格率高，耗能少，对设备依赖性小，经济价值、社会价值、生态价值和推广应用价值高；制备得到的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料具有优异的附着力、耐腐蚀性能和耐久稳定性，制备成本低廉，可以有效提高镁合金耐腐蚀性能，且涂料中石墨烯的分散性好，其加入后，能改善涂料的综合性能；除此之外，该水性涂料综合性能佳，耐水性好，使用安全环保；用于镁合金表层形成的涂层硬度大，耐磨性好，耐刮性能佳，使用寿命长；本发明通过在镁合金表面涂覆氧化石墨烯复合涂层，在镁合金表面获得致密度高、结合紧密的氧化石墨烯复合涂层；本发明通过氧化石墨烯与甲基三甲氧基硅烷共价键相连，形成石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，本发明提供的防腐蚀涂料，成本低，制作工艺简单，可以有效提高镁合金耐腐蚀性能。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
实施例1提供一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)预处理，步骤如下：将AZ91D镁合金用砂纸进行打磨，抛光，超声清洗，随后用蒸馏水冲洗，无水乙醇超声清洗15min。
2)氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体的制备：在100ml的烧杯中加入80ml去离子水、4ml甲基三甲氧基硅烷和12ml无水乙醇，在25℃温度下，磁力搅拌15min，然后在加入0.8ml氧化石墨烯(1mg/ml)和0.05％的聚乙二醇并继续搅拌50min，得到混合溶液，最后通过离心法处理混合溶液，得到氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体；
3)氧化石墨烯复合涂层的制备：采用棒涂的方式在AZ91D镁合金表面涂覆氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，然后在80℃的干燥箱中烘干10h固化，即在镁合金表面设置氧化石墨烯复合涂层。与现有技术相比，本发明提供的氧化石墨烯水性复合涂料可以较好的提高镁合金防腐性能，拓展了氧化石墨烯在防腐涂料中的应用。
对本实施例制得的氧化石墨烯复合涂层进行电化学耐蚀性能测试，采用三电极体系，以AZ91D镁合金为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，腐蚀介质为浓度为3.5mol/L氯化钠溶液。图1给出了氧化石墨烯复合涂层扫描电子显微镜图，可以看出，涂层比较均匀。图2给出了没有涂层的AZ91D镁合金和表面具有氧化石墨烯复合涂层的AZ91D镁合金的极化曲线。可以看出本实施例所获得的氧化石墨烯复合涂层的自腐蚀电流密度下降了约2个数量级，图3给出了没有涂层的AZ91D镁合金和表面具有氧化石墨烯复合涂层的AZ91D镁合金的阻抗图谱，可以看出本发明提供的氧化石墨烯水性复合涂料可以很好地提高镁合金防腐性能。
实施例2
实施例2提供一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)预处理，步骤如下：本实施例2所采用的试样材料为AZ91D镁合金用2000#砂纸进行打磨，抛光，超声清洗，随后用蒸馏水冲洗，无水乙醇超声清洗10min。
2)氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体的制备：在100ml的烧杯中加入80ml去离子水、4ml甲基三甲氧基硅烷和12ml无水乙醇，在25℃温度下，磁力搅拌15min，然后在加入2ml氧化石墨烯(1mg/ml)和0.05％的聚乙二醇并继续搅拌50min，得到混合溶液，最后通过离法处理混合溶液，得到氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体；
3)氧化石墨烯复合涂层的制备：采用棒涂的方式在AZ91D镁合金表面涂覆氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，然后在100℃的干燥箱中烘干8h固化，即在镁合金表面设置氧化石墨烯复合涂层。与现有技术相比，本发明提供的氧化石墨烯水性复合涂料可以很好地提高镁合金防腐性能，拓展了氧化石墨烯在防腐涂料中的应用。与现有技术相比，本发明提供的氧化石墨烯防腐涂料很好地提高了镁合金防腐性能，体现了氧化石墨烯水性复合涂料在耐腐蚀涂层应用的价值。
对本实施例制得的氧化石墨烯复合涂层进行电化学耐蚀性能测试，采用三电极体系，带有涂层的AZ91D镁合金为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，腐蚀介质为浓度为3.5mol/L氯化钠溶液。图3给出了氧化石墨烯复合涂层截面扫描电子显微镜图，涂层厚度约为377.9nm。图4给出了没有涂层的AZ91镁合金和表面具有氧化石墨烯复合涂层的AZ91D镁合金的极化曲线。可以看出本实施例所获得的氧化石墨烯复合涂层的自腐蚀电流密度下降了约2.5个数量级，明显地提高了镁合金的耐蚀性能。
实施例结果表明，氧化石墨烯水性复合涂料可以很好地应用于镁合金表面防腐涂层。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先制备石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，然后在AZ91D镁合金表面涂覆2-3层石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体，具体采用棒涂的方式涂覆，然后在80-100℃的干燥箱中烘干固化，即得到镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料。
2.根据权利要求1所述的白色荧光碳点的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯、甲基三甲氧基硅烷、无水乙醇与去离子水混合均匀后得到混合物料，然后向其中加入聚乙二醇，继续搅拌20-30分钟，得到氧化石墨烯/甲基三甲氧基硅烷分散体。
3.根据权利要求2所述的白色荧光碳点的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯、甲基三甲氧基硅烷、无水乙醇与去离子水按体积比为(0.2-0.5):1:3:6。
4.根据权利要求2所述的白色荧光碳点的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇的添加量为混合物料质量的0.05％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的白色荧光碳点的制备方法制备得到的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料。
6.一种权利要求5所述的镁合金用石墨烯防腐蚀水性涂料在镁合金制品防腐涂层上的应用。
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