利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液的制作方法
【專利摘要】本發明提供的是一種利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液。包括金屬基電刷鍍液，還包括含石墨烯材料的分散液，金屬基電刷鍍液與含石墨烯材料的分散液的混合體積比例為1：1，其中，石墨烯在復合鍍液中的濃度為1?5g/L。本發明提供了一種借助石墨烯材料的吸氫效應吸收電刷鍍過程中產生的氫氣從而達到減少鍍層氣孔，提高鍍層整體質量的含石墨烯材料的金屬基復合鍍液。通過將含石墨烯材料的分散液加入到金屬基鍍液中形成混合鍍液，而鍍液中的石墨烯材料可以解決涂層中存在大量氣孔缺陷的問題，改善鍍層的質量。
【專利說明】
利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液
技術領域
[0001]本發明涉及的是一種電刷鍍的鍍液，具體地說是一種含石墨烯材料的金屬基復合電刷鍍鍍液。
【背景技術】
[0002]電刷鍍技術是為了適應實際生產環境的需要而產生的，是電鍍技術的延伸和發展。它具有設備簡單、操作方便、工藝靈活、沉積效率高、適用范圍廣、鍍層種類多、結合強度高、環境污染小、省水又省電、鍍后一般不需要機械加工等一系列優點，是對機械零件修復及強化非常有效手段。電刷鍍得到的涂層存在一個巨大的弊端，涂層中孔洞較多，從而影響到其整體的耐磨，耐蝕，耐高溫等性能。涂層中的孔洞很大一部分的原因是在電沉積的過程中，被沉積的金屬陽離子是一個沉積消耗和迀移補充的動態過程，由于刷鍍的過程中對金屬陽離子的消耗很大，所以極易造成雙電層的陰極陽離子層出現金屬陽離子的缺失而引起H+的放電而產生H2,以致于在刷鍍層中留下氣孔。因此，電刷鍍層存在氣孔缺陷的這個問題亟需尋找解決的途徑。
[0003]自2004年石墨烯被英國的科學家首次制備以來，依靠其獨特的結構決定了其優異的物化性能，已成為材料領域的研究熱點。特別是在復合材料領域，石墨烯作為一種絕佳的強化相被廣泛的應用于聚合物、金屬基及高分子基體材料中。在電沉積研究方向，也存在不少的研究，但是石墨烯在電沉積方向的運用一方面是作為功能材料，比如電極材料、耐熱材料等，另一方面是借助石墨烯材料的細晶強化、位錯強化與應力分散效應來提升基體材料的整體性能。例如申請號為201510170745.7的專利文件中公開的“基于雙脈沖電沉積的石墨烯/鎳基復合鍍層制備工藝”中，將石墨烯添加到鍍液中，采用雙脈沖電沉積的方法制備石墨烯/鎳基復合鍍層，依靠鍍層中石墨烯材料的細晶強化作用改善鍍層的摩擦學性能;再如申請號為201310556604.X的專利文件中公開的“一種鋁合金用含SiC和石墨烯的鎳磷基復合鍍液”中，將含SiC和石墨烯的的分散液添加到化學鍍鎳磷鍍液中，通過化學鍍的方法在鋁合金的表面形成SiC、石墨烯和鎳磷復合鍍層。
[0004]同時，石墨烯材料依靠其極大的比表面積及其它優異特性，在儲氫材料領域也被廣泛的研究。但是還沒有利用石墨烯吸附氫氣的特性去解決電沉積產生的氣孔缺陷的問題的公開報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種能夠減少鍍層中的氣孔，體高度層質量的利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
[0007]包括金屬基電刷鍍液，還包括含石墨烯材料的分散液，金屬基電刷鍍液與含石墨烯材料的分散液的混合體積比為1:1，其中，石墨烯在金屬基復合鍍液中的濃度為l_5g/L。
[0008]本發明還可以包括:
[0009]1、所述含石墨烯材料的分散液由石墨烯材料、分散劑及去離子水組成，其中石墨烯材料的含量為2-10g/L，分散劑200-800mg/L，其余為去離子水。
[0010]2、所述石墨稀材料是通過如下方法進行修飾得到的石墨稀，
[0011]I)采用等離子體技術對石墨烯進行滲氮，得到含氮的石墨烯；
[0012]2)將含氮的石墨烯與氯化鈀進行反應制得滲Pd與N的石墨烯。
[0013]3、所述石墨烯材料選擇具有如下特性的石墨烯，
[0014]比表面積為1500m2/g-2500m2/g，厚度 15-25nm。
[0015]4、所述的分散液中的分散劑可以為聚羧酸胺或聚丙烯酸，分散劑的作用是使石墨烯材料均勻的分散在溶液中。
[0016]5、所述含石墨烯材料的分散液是將石墨烯材料、分散劑與去離子水混合后經超聲分散30min，磁力攪拌60min得到的。
[0017]本發明提供了一種借助石墨烯材料的吸氫效應吸收電刷鍍過程中產生的氫氣從而達到減少鍍層氣孔，提高鍍層整體質量的含石墨烯材料的金屬基復合鍍液。通過將含石墨烯材料的分散液加入到金屬基鍍液中形成混合鍍液，而鍍液中的石墨烯材料可以解決涂層中存在大量氣孔缺陷的的問題，改善鍍層的質量。
[0018]本發明在鍍液中加入石墨烯材料，可以依靠鍍液中石墨烯材料的吸氫特性吸收電刷鍍過程中產生的氫氣，減少了氫氣泡的冒出，達到減少鍍層中氣孔的目的。其主要的作用機理為:一方面石墨烯材料具有很大的比表面積，可以通過物理吸附實現氫氣在石墨烯表面及層間的吸附；另一方面，電刷鍍是一個電化學過程，可以為氫的電化學提供條件，具體過程為H首先在石墨烯表面發生電吸附，由于外在電壓的作用，石墨烯材料內部結構發生電極化，產生驅使H進入其內部的極化中心;使得表面吸附的H進入石墨烯缺陷集中的位置或石墨稀片層之間。
[0019]本發明充分利用石墨烯材料的吸氫特性，吸收電刷鍍過程中產生的大量氫氣，減少了氫氣泡的冒出，從而達到使鍍層中產生的氣孔大量的減少目的。為了驗證上述效果，通過SEM表征實驗對涂層的表面形貌及截面形貌進行了仔細的觀測，根據相關試驗結果發現加入石墨烯后，金屬基鍍層中的氣孔大幅度的減少，表面形貌變得更加的均勻平整，涂層的整體質量得到提升。同時通過硬度實驗及摩擦摩擦實驗發現，涂層的硬度也從400Hv提升到480Hv；摩擦性能也被大幅度的提升，摩擦系數從1.1減小到0.6。因此，石墨烯的加入確實可以改進電刷鍍層的質量，提高電刷鍍層的性能，此方法具有較好的實用性。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的的含石墨烯材料的金屬基復合電刷鍍液制備流程示意圖。
[0021]圖2(a)是實施例1中制備的純鎳涂層的表面形貌圖，圖2(b)是實施例1中利用石墨烯鎳基復合鍍液制備涂層的表面形貌圖。
[0022]圖3(a)是實施例1中制備的純鎳涂層的截面形貌圖，圖3(b)是實施例1中利用石墨烯鎳基復合鍍液制備涂層的截面形貌圖。
[0023]圖4本發明的實施例1中制備的純鎳涂層與利用石墨烯鎳基復合鍍液制備涂層的涂層的摩擦系數圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明的利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯材料的金屬基復合鍍液是由金屬基電刷鍍液與含石墨烯材料的分散液按照1:1的比例組成，其中，石墨烯在金屬基復合鍍液中的濃度為l_5g/L
[0025]所述的金屬基電刷鍍液包括大部分的金屬基電刷鍍液，比如鎳基、鐵基及銅基電刷鍍液等。
[0026]所述鍍液中的分散液是由石墨烯材料、分散劑(聚羧酸胺或聚丙烯酸)及去離子水組成的，其中石墨烯材料的含量為2-10g/L，分散劑200-800mg/L，將它們與去離子水混合后經超聲分散30min，磁力攪拌60min得到。
[0027]所述鍍液中加入石墨烯材料，為了充分的保證其吸氫效果，因此石墨烯的比表面積為15001112/^-25001112/^，厚度15-2511111
[0028]所述鍍液中加入的石墨烯材料，單純的依靠石墨烯材料本身結構雖然能夠吸附氫氣，但是吸氫效果有限，因此為了增強其吸氫效果，對其采用以下方法進行修飾:
[0029]I)借助等離子體技術對石墨烯進行滲氮，得到含氮的石墨烯；
[0030]2)將含氮的石墨烯與氯化鈀進行反應制得滲Pd與N的石墨烯。通過這些修飾手段提尚石墨稀的吸氣能力。
[0031]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明
[0032]實施例1:電刷鍍技術制備含石墨烯材料的鎳基鍍層
[0033]在400°C下對石墨烯進行熱處理純化處理;將300mg的石墨烯放在培養皿中，放入到等離子室，在室壓0.1mbar和電源130W的條件下反應30min，制的含N的石墨稀，然后將其與定量的PdCl2的進行反應制備得到含Pd與N的石墨稀;接著將修飾后的石墨稀按2-5g/L、分散劑按200-500mg/L與去離子水混合，然后在常溫下以60KHz的頻率進行超聲波震蕩30min，接著進行磁力攪拌60min得到分散均勻的分散液，將分散液與常規快速鎳電刷鍍溶液按照1:1的比例混合，得到石墨烯分散均勻的混合鍍液。最后在金屬基體表面電刷鍍目標涂層，常溫，刷鍍電壓為8-1OV(電源正接)，時間為1min，刷鍍速度為4_6m/min，最終得到氣孔減少，硬度為480Hv，摩擦系數大約為0.6，性能大幅度提升的石墨烯鎳基復合涂層。
[0034]對比例:首先將常規的快鎳的電刷鍍液與基體準備好，然后在金屬基體上刷鍍快鎳鍍層，常溫，刷鍍電壓為10-13V(電源正接)，時間為1min，刷鍍速度為6_8m/min，最終得到硬度為400Hv，摩擦系數大約為1.1的快鎳涂層。
[0035]實施例2:電刷鍍技術制備含石墨烯材料的鐵基鍍層
[0036]在400°C下對石墨烯樣品進行熱處理純化處理;將300mg的石墨烯放在培養皿中，放入到等離子室，在室壓0.1mbar和電源130W的條件下反應30min，制的含N的石墨稀，然后將其與定量的PdCl2的進行反應制備得到含Pd與N的石墨烯；接著將修飾后的石墨烯按5-10g/L、分散劑按500-800mg/L與去離子水混合，然后在常溫下以60KHz的頻率進行超聲波震蕩50min，接著進行磁力攪拌80min得到分散均勻的分散液，將分散液與常規鐵基溶液按照1:1的比例混合，得到石墨烯分散均勻的混合鍍液。最后在金屬基體表面電刷鍍目標復合涂層，常溫，刷鍍電壓為6-9V(電源正接)，時間為lOmin，刷鍍速度為3-7m/min。
[0037]對比例:首先將常規的鐵基電刷鍍液與基體準備好，然后在金屬基體上刷鍍快鎳鍍層，常溫，刷鍍電壓為9-14V(電源正接)，時間為lOmin，刷鍍速度都為4-9m/min。
【主權項】
1.一種利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液，其特征是:包括金屬基電刷鍍液，還包括含石墨烯材料的分散液，金屬基電刷鍍液與含石墨烯材料的分散液的混合體積比為I: I，石墨烯在金屬基復合鍍液中的濃度為l-5g/L。2.根據權利要求1所述的利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液，其特征是:所述含石墨烯材料的分散液由石墨烯材料、分散劑及去離子水組成，其中石墨烯材料的含量為2-10g/L，分散劑200-800mg/L，其余為去離子水。3.根據權利要求2所述的利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液，其特征是:所述石墨烯材料是通過如下方法進行修飾得到的石墨烯， 1)采用等離子體技術對石墨烯進行滲氮，得到含氮的石墨烯； 2)將含氮的石墨烯與氯化鈀進行反應制得滲Pd與N的石墨烯。4.根據權利要求2或3所述的利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液，其特征是:所述石墨烯材料選擇具有如下特性的石墨烯， 比表面積為 1500m2/g-2500m2/g，厚度 15-25nm。5.根據權利要求1、2或3所述的利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液，其特征是:所述含石墨烯材料的分散液是將石墨烯材料、分散劑與去離子水混合后經超聲分散30min，磁力攪拌60min得到的。6.根據權利要求4所述的利用吸氫效應提高電刷鍍層質量的含石墨烯金屬基復合鍍液，其特征是:所述含石墨烯材料的分散液是將石墨烯材料、醇類高分子表面活性劑與去離子水混合后經超聲分散30min，磁力攪拌60min得到的。
【文檔編號】C25D5/06GK105862094SQ201610363684
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】金國, 盧冰文, 崔秀芳, 劉名洋, 宋佳慧, 蔡召兵
【申請人】哈爾濱工程大學