一種氧化石墨烯摻雜鈍化膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種氧化石墨烯摻雜鈍化膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬經(jīng)氧化性介質(zhì)處理后，其腐蝕速度比原來未處理前有顯著下降的現(xiàn)象稱金屬的鈍化。其鈍化機(jī)理主要可用薄膜理論來解釋，即認(rèn)為鈍化是由于金屬與氧化性介質(zhì)作用，作用時(shí)在金屬表面生成一種非常薄的、致密的、覆蓋性能良好的、能堅(jiān)固地附在金屬表面上的鈍化膜。這層膜成獨(dú)立相存在，通常是氧和金屬的化合物。它起著把金屬與腐蝕介質(zhì)完全隔開的作用，防止金屬與腐蝕介質(zhì)直接接觸，從而使金屬基本停止溶解形成鈍態(tài)達(dá)到防止腐蝕的效果。傳統(tǒng)的鈍化處理均含有Cr6+離子，其有劇毒性，對(duì)人、環(huán)境有極強(qiáng)的危害性。目前發(fā)展的無鉻鈍化工藝有鉬酸鹽鈍化、鎢酸鹽鈍化、稀土鹽鈍化、硅酸鹽鈍化、有機(jī)類鈍化等。
[0003]石墨烯是由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上的碳原子組成，是世界上最薄的二維材料，其厚度僅為0.35nm ;這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，使石墨稀表現(xiàn)出許多優(yōu)異性質(zhì)。例如，石墨烯的強(qiáng)度是已測試材料中最高的。目前關(guān)于氧化石墨應(yīng)用的研究倍受科研機(jī)構(gòu)的大力關(guān)注，已經(jīng)成為化學(xué)、物理等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。目前，有人將氧化石墨作為一種添加劑應(yīng)用在化學(xué)鍍中，以提高化學(xué)鍍層的性能。氧化石墨在鈍化中的應(yīng)用很少，對(duì)于氧化石墨作為一種添加劑應(yīng)用于低碳鋼鈍化膜層中有待進(jìn)一步研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種氧化石墨摻雜鈍化膜的制備方法，本發(fā)明通過將氧化石墨摻雜到低碳鋼鈍化處理過程，改善膜層的性能，提高鈍化膜層的均勻性、致密性、耐腐蝕性、耐候性。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]—種氧化石墨烯摻雜鈍化膜的制備方法，具體步驟如下:
[0007](1)依次對(duì)低碳鋼片進(jìn)行拋光、除油和活化的處理；
[0008](2)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行敏化、活化后，加入分散劑，將其分散于離子水中；之后向其中加入亞硝酸鈉、鉬酸鈉、無水碳酸鈉、磷酸鋅和苯甲酸鈉，并以氨水溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值至8?10，得到鈍化液；其中，鈍化液中包括的主要組分及含量如下:亞硝酸鈉30?90g/L，鉬酸鈉20?60g/L，無水碳酸鈉3?7g/L，磷酸鋅3?5g/L，苯甲酸鈉20?50g/L，氧化石墨稀1?3g/L，分散劑40?130mg/L ；
[0009](3)將步驟⑴中經(jīng)過處理的低碳鋼片加入步驟(2)得到的鈍化液中，浸漬、洗滌，干燥，即得到含有氧化石墨烯摻雜鈍化膜層的低碳鋼工件。
[0010]本發(fā)明中，步驟(1)中，拋光處理時(shí)，依次采用400#，800#，1200#，2000#的金相砂紙打磨；除油處理時(shí)，采用無水乙醇為除油劑；活化處理時(shí)，采用酸液進(jìn)行活化處理；優(yōu)選的，酸液為1 %?5 %的硝酸溶液。
[0011 ] 本發(fā)明中，步驟(2)中，對(duì)氧化石墨烯敏化處理時(shí)，敏化液為Sn (N03) 2和ΗΝ0 3的混合溶液，其中Sn (N03) 2濃度為30?50g/L，ΗΝ0 3濃度為20?50ml/L?；罨幚頃r(shí)，活化液為ΗΝ03和Pb (NO 3) 2的混合溶液，其中ΗΝ0 3的濃度為10?40ml/L，Pb (NO 3) 2的濃度為0.5?
2g/L0
[0012]本發(fā)明中，步驟(2)中，分散劑為聚氧乙烯山梨醇單油酸酯和十二烷基苯磺酸鈉；鈍化液中，聚氧乙稀山梨醇單油酸酯的濃度為30?70mg/L，十二燒基苯磺酸鈉的濃度為10 ?60mg/L。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
[0014]本發(fā)明先通過對(duì)低碳鋼基體預(yù)處理以及對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行敏化、活化、分散處理；然后在恒溫水浴中進(jìn)行鈍化處理，就可在低碳鋼表面得到氧化石墨烯摻雜鈍化膜。本發(fā)明工藝流程簡單，可連續(xù)化生產(chǎn)；并且制得的鈍化膜與傳統(tǒng)的無氧化石墨烯摻雜的鈍化膜相比耐磨性能、耐腐蝕性能更高，表面光潔平滑、無空隙，與基體的結(jié)合力更好。該制備方法可作為耐腐蝕、耐磨、高硬度、光亮美觀的低碳鋼鈍化膜層的工業(yè)生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例。
[0016]本發(fā)明各實(shí)施例中所用的各種原料，如無特殊說明，均為市售。
[0017]實(shí)施例1
[0018]低碳鋼基體的規(guī)格為:10mmX 10mmX 3mm。
[0019]①低碳鋼片的拋光:依次采用400#，800#，1200#，2000#的金相砂紙打磨并進(jìn)行拋光除去低碳鋼片表面的氧化層。然后用去離子水沖洗，待用。
[0020]②低碳鋼片的除油:將低碳鋼片放入100ml無水乙醇中，在25°C下超聲處理5分鐘，除去油污。然后用去離子水沖洗，待用。
[0021]③低碳鋼片的活化:將低碳鋼片放入100ml濃度3wt%的硝酸溶液中，在25°C下處理5秒，然后用去離子水反復(fù)沖洗，待用。
[0022]④氧化石墨稀的敏化:取2g氧化石墨稀，加入到50ml濃度為30g/L的Sn(N03)2和25ml/L的HNOjg合液中，在30°C下超聲分散30分鐘，分離，然后用蒸餾水反復(fù)沖洗，待用。
[0023]⑤石墨烯的活化:將敏化后的氧化石墨烯加入到50mL濃度為lg/L的Pb (N03) 2和20mL/L的HNOjg合液，超聲分散30分鐘，分離，然后用蒸餾水反復(fù)洗滌，待用。
[0024]⑥石墨烯的分散:取0.2g活化后的石墨烯加入到100ml溶有聚氧乙烯山梨醇單油酸酯(濃度為40mg/L)和十二燒基苯磺酸鈉(濃度為50mg/L)的去離子水溶液中，超聲分散3小時(shí)，待用。
[0025]⑦向⑥混合溶液中，加入亞硝酸鈉、鉬酸鈉、無水碳酸鈉、磷酸鋅和苯甲酸鈉，并以氨水溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值，得到鈍化液；其中，鈍化液中包括的主要組分及含量如下:亞硝酸鈉30g/L，鉬酸鈉40g/L，無水碳酸鈉3g/L，磷酸鋅5g/L，苯甲酸鈉20g/L，氧化石墨稀2g/L，聚氧乙稀山梨醇單油酸酯40mg/L，十二燒基苯磺酸鈉50mg/L。
[0026]⑧將步驟③中經(jīng)過處理的低碳鋼片加入步驟⑦得到的鈍化液中處理10分鐘后取出，去離子水沖洗，然后在40°C下干燥后，即得到含有氧化石墨烯摻雜鈍化膜層的低碳鋼工件。
[0027]上述所得的氧化石墨烯摻雜低碳鋼基體鈍化膜，肉眼觀察表面光滑無間隙，在空氣中和3.5%的氯化鈉溶液長期放置均無明顯腐蝕現(xiàn)象，采用HAD-CHI600E電化學(xué)工作站測試膜層的電化學(xué)性能，其中膜層的交流阻抗值達(dá)到1700Ω ;采用MMW-1A摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測量其耐磨性能，在載荷200N，轉(zhuǎn)速為160r/min，摩擦?xí)r間60min的情況下，磨損失重在0.06-0.14mg，說明制得的氧化石墨烯摻雜鈍化膜優(yōu)良的耐腐蝕性和耐磨性。
[0028]實(shí)施例2
[0029]低碳鋼基體的規(guī)格為:10mmX 10mmX 3mm。
[0030]①低碳鋼片的拋光:依次采用400#，800#，1200#，2000#的金相砂紙打磨并進(jìn)行拋光除去低碳鋼片表面的氧化層。然后用去離子水沖洗，待用。
[0031]②低碳鋼片的除油:將低碳鋼片放入100ml無水乙醇中，在25°C下超聲處理5分鐘，除去油污。然后用去離子水沖洗，待用。
[0032]③低碳鋼片的活化:將低碳鋼片放入100ml濃度3wt%的硝酸溶液中，在25°C下處理5秒，然后用去離子水反復(fù)沖洗，待用。
[0033]④氧化石墨稀的敏化:取2g氧化石墨稀，加入到50ml濃度為30g/L的Sn(N03)2和25ml/L的HNOjg合液中，在30°C下超聲分散30分鐘，分離，然后用蒸餾水反復(fù)沖洗，待用。
[0034]⑤石墨稀的活化:將敏化后的石墨稀加入到50mL濃度為lg/L的Pb (N03)2和20mL/L的ΗΝ03混合液，超聲分散30分鐘，分離，然后用蒸餾水反復(fù)洗滌，待用。
[0035]⑥石墨烯的分散:取0.3g活化后的石墨烯加入到100ml溶有聚氧乙烯山梨醇單油酸酯(濃度為40mg/L)和十二燒基苯磺酸鈉(濃度為50mg/L)的去離子水中，超聲分散3小時(shí)，待用。
[0036]⑦向⑥混合溶液中，加入亞硝酸鈉、鉬酸鈉、無水碳酸鈉、磷酸鋅和苯甲酸鈉，并以氨水溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值，得到鈍化液；其中，鈍化液中包括的主要組分及含量如下:亞硝酸鈉40g/L，鉬酸鈉50g/L，無水碳酸鈉4g/L，磷酸鋅4g/L，苯甲酸鈉25g/L，氧化石墨稀3g/L，聚氧乙稀山梨醇單油酸酯40mg/L，十二燒基苯磺酸鈉50mg/L。
[0037]⑧將步驟③中經(jīng)過處理的低碳鋼片加入步驟