一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料腐蝕與防護領域，涉及一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法。
【背景技術】
[0002]鍍鋅層是傳統而又行之有效的鋼鐵等黑色金屬防護鍍層，現代經濟和工業的發展對電鍍鋅層防腐性能的要求越來越高。傳統純鋅鍍層已經不能完全滿足要求，近年來關于復合電鍍鋅層的研究與應用越來越廣泛。
[0003]稀土元素具有很高的化學活性和氧親和力，使得稀土元素在金屬防腐方面有著很好的應用前景。在所有稀土元素中，稀土鈰鹽及其氧化物在金屬防腐領域的應用最為廣泛。而釤是鈰組輕稀土元素之一，與鈰具有十分類似的性質。石墨烯具有獨特的二維片層結構、高比表面積特點，其可層層疊加形成致密涂層，起到優異的物理隔絕作用，同時碳原子還具有很強的導電性，這些特性對于石墨稀在防腐蝕領域的應用具有極高的價值。目前關于稀土氧化物Sm2O3摻雜電鍍鋅層和石墨烯摻雜電鍍鋅層的研究沒有報道。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明正是針對現有技術存在的不足，提供一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法，利用該方法可在鋼鐵鍍件表面制備具有優異耐腐蝕性的電鍍鋅層。
[0005]技術方案:本發明的一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法包括如下步驟:
[0006]I)鋼鐵件表面預處理
[0007]a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于40_60g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為70-100°C，浸泡時間為15-30min;
[0008]b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質量分數為40%的鹽酸中浸洗l-5min;
[0009]2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，在此基液中加入石墨烯和稀土氧化物S1112O3納米顆粒得到復合鍍液，要求稀土氧化物的粒徑為20-40nm，稀土氧化物與石墨稀的質量比范圍在I: I到10:1之間；
[0010]3)以鋅片為陽極材料、以步驟I)預處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟2)得到的復合鍍液中進行電鍍，電鍍過程中采用功率為50-500W、頻率為40kHz的超聲波分散石墨烯和稀土氧化物，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復合摻雜電鍍鋅層。
[0011]其中:
[0012]所述在此基液中加入石墨稀和稀土氧化物S1112O3納米顆粒，加入后石墨稀在基液中的質量濃度為0.02-10g/L，稀土氧化物Sm2O3納米顆粒在基液中的質量濃度為0.2_10g/L。
[0013]步驟2)中，氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液的組成為ZnCl265g/L、KC1200g/L、H3B0330g/Lo
[0014]步驟3)的電鍍過程中中，陰極電流密度為1.0-2.0A/dm2，電鍍溫度為20_60°C，電鍍時間為1-60111丨114!1為5.0-6.0。
[0015]納米Sm2O3顆粒電沉積機理:
[0016](I)懸浮于電鍍液中的納米Sm2O3顆粒，由電鍍液深處不斷向陰極表面迀移。此時，納米顆粒被帶電離子和溶劑分子的薄層所包覆，運動到陰極的緊密層外側形成弱吸附。
[0017](2)在界面電場作用下，納米Sm2O3顆粒粘附于陰極表面，此階段弱吸附轉化成化學吸附，并且還存在著已發生化學吸附微粒解吸脫落的動態關系。
[0018](3)發生了化學吸附的納米Sm2O3顆粒被陰極上不斷沉積的鋅牢固嵌入。
[0019]石墨烯電沉積機理:
[0020]石墨稀本身表面不帶電荷，但石墨稀在電解液中會吸附金屬陽離子Zn2+或納米Sm2O3顆粒而帶有正電荷，從而向陰極迀移，實現石墨烯的液相電沉積制備。
[0021]納米Sm2O3顆粒與石墨烯的復合摻雜改性電鍍鋅層可以充分結合二者的物理化學特性，進一步提高鍍鋅層的防腐蝕能力。
[0022]有益效果:本發明與現有技術相比較，本發明的有益效果如下:
[0023]本發明所述的一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層，實現了鋅、納米Sm2O3顆粒與石墨烯三者的共沉積，使鍍鋅層組織更加細化致密，能有效提高鍍鋅層與鋼鐵件的結合力，顯著改善鍍鋅層的耐腐蝕性能。
[0024]本發明制備得到的鍍鋅層能充分發揮納米Sm2O3顆粒與石墨烯的協同效應:不僅具有層層疊加的二維片層結構的石墨烯能形成致密的物理隔絕層，使得小分子腐蝕介質很難通過這層致密的隔絕層滲透進入到金屬表面發生反應，而且納米Sm2O3顆粒的加入促使鍍鋅層的組織擇優取向，擇優晶面的數量會減少，使得鍍鋅層在腐蝕溶液中的微電池腐蝕驅動力變小，從而提高鍍鋅層的耐蝕性。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的方法，包括如下工藝步驟:
[0027](I)鋼鐵鍍件表面預處理
[0028]a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于40g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為80°C，浸泡時間為30min;
[0029]b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質量分數為40%的鹽酸中浸洗3min。
[0030](2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，基液的組成為ZnCl265g/L、KCl200g/L、H3B0330g/L。在此基液中加入質量濃度為lg/L的石墨烯和粒徑30nm的質量濃度為5g/L的納米S1112O3顆粒得到復合鍍液，納米S1112O3顆粒與石墨稀的質量比為5:1 ；
[0031](3)以鋅片為陽極材料、以步驟(I)預處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟(2)得到的復合鍍液中進行電鍍，電鍍的陰極電流密度為2.0A/dm2，電鍍溫度為50°C，電鍍時間為30min，pH為5.0。電鍍過程中采用超聲波分散石墨烯和納米3111203顆粒，超聲功率為200￥，超聲頻率為40kHz，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復合摻雜電鍍鋅防腐涂層。
[0032]實施例2
[0033]一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的方法，包括如下工藝步驟:
[0034](I)鋼鐵鍍件表面預處理
[0035]a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于50g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為70°C，浸泡時間為25min;
[0036]b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質量分數為40%的鹽酸中浸洗4min。
[0037](2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，基液的組成為ZnCl265g/L、KCl200g/L、H3B0330g/L。在此基液中加入質量濃度為0.5g/L的石墨烯和粒徑30nm的質量濃度為2g/L的納米S1112O3顆粒得到復合鍍液，納米S1112O3顆粒與石墨稀的質量比為4:1 ；
[0038](3)以鋅片為陽極材料、以步驟(I)預處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟(2)得到的復合鍍液中進行電鍍，電鍍的陰極電流密度為1.5A/dm2，電鍍溫度為40°C，電鍍時間為45min，pH為5.5。電鍍過程中采用超聲波分散石墨烯和納米3111203顆粒，超聲功率為300￥，超聲頻率為40kHz，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復合摻雜電鍍鋅防腐涂層。
[0039]上述實施方式只是本發明的幾個實例，不是用來限制本發明的實施與權利范圍，凡依據本發明申請專利保護范圍所述的內容作出的等效變化和修飾，均應包括在本發明申請專利范圍內。
【主權項】
1.一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于該制備方法包括如下步驟: 1)鋼鐵件表面預處理 a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于40-60g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為70-100°C，浸泡時間為15-30min; b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質量分數為40%的鹽酸中浸洗l_5min; 2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，在此基液中加入石墨烯和稀土氧化物S1112O3納米顆粒得到復合鍍液，要求稀土氧化物的粒徑為20-40nm，稀土氧化物與石墨稀的質量比范圍在I: I到10:1之間； 3)以鋅片為陽極材料、以步驟I)預處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟2)得到的復合鍍液中進行電鍍，電鍍過程中采用功率為50-500W、頻率為40kHz的超聲波分散石墨烯和稀土氧化物，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復合摻雜電鍍鋅層。2.根據權利要求1所述的一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于所述在此基液中加入石墨稀和稀土氧化物S1112O3納米顆粒，加入后石墨稀在基液中的質量濃度為0.02-10g/L，稀土氧化物Sm2O3納米顆粒在基液中的質量濃度為0.2_10g/L。3.根據權利要求1所述的一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于，步驟2)中，氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液的組成為ZnCl265g/L、KCl 200g/L,H3BO3 30g/L04.根據權利要求1所述的一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于，步驟3)的電鍍過程中中，陰極電流密度為1.0-2.0A/dm2，電鍍溫度為20_60°C，電鍍時間為1-6011^11，？!1為5.0-6.0。
【專利摘要】本發明涉及一種稀土氧化物-石墨烯復合摻雜鍍鋅層的制備方法，屬于金屬材料腐蝕與防護領域。本發明主要包括如下制備步驟：將鋼鐵鍍件表面進行堿洗除油和酸洗除銹等預處理；采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，在此基液中加入石墨烯和稀土氧化物得到復合鍍液；以鋅片為陽極材料、以預處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入復合鍍液中進行電鍍，得到在鋼鐵鍍件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復合摻雜電鍍鋅防腐涂層。
【IPC分類】C25D15/00
【公開號】CN105506715
【申請號】CN201510932219
【發明人】儲成林, 盧秋暉
【申請人】東南大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月15日