本发明涉及高压输变电技术领域，具体而言，涉及一种基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法。
背景技术：
高空电力材料的防护对于保障输电安全而言至关重要。人类生产活动造成大气中腐蚀性气体增加，其中包括h2s、so2、氯化物在内的多种腐蚀性气体对几十到数百米高空的电力金属材料(金具、塔架、导线)将产生很大的破坏作用，可在其表面产生金属硫化物、金属氧化物，并造成金属组织的晶间裂纹与脆性破裂。
金具存在较多的边角、孔隙等结构，对应大的比表面积，因而容易发生缝隙腐蚀和接触腐蚀两种局部腐蚀；在拉应力作用下，应力增大了表面防护层的破坏程度，使表面的裂纹扩展增多，腐蚀介质更容易进入镀锌层；同时应力集中产生高位错密度的驻留滑移带，易造成阳极优先腐蚀；且金具微小运动造成的摩擦和碰撞将加快腐蚀作用；因此金具的腐蚀速度一般大于输电线和铁塔，表面涂层技术是修复受损金具的重要手段。
目前，现有技术中金具修复一般使用石墨烯包覆金属粉末的复合材料，该复合材料对金具修复后仍较易腐蚀，且与金具的粘结强度不高，易断裂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法，可以有效提高金具的耐腐蚀性能，且与金具的具有较高的粘结强度，不易断裂，对金具具有较好的修复和保护作用。
本发明的实施例是这样实现的：
一种基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法，包括以下步骤：
a1：对金具表面进行除锈、粗化和清洁处理；
a2：向处理后的金具表面喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料；
a3：向步骤a2处理后的金具表面涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，形成涂层；
a4：使涂层固化。
石墨烯-铝锌粉末复合材料具有致密性高的特点，在腐蚀过程中具有较强的阻隔作用，从而减少环境中腐蚀性物质向金具表面的渗透，提高涂层的耐腐蚀性能；且石墨烯-铝锌粉末复合材料具有高强度、高模量性能，包括抗拉伸、耐磨性能，可以提高涂层的力学性能；在金具表面先喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料，形成防护层，再在石墨烯-铝锌粉末复合材料形成的防护层外涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂相溶渗进石墨烯-铝锌粉末复合材料形成的防护层之间的孔隙中，和石墨烯-铝锌粉末复合材料形成的防护层相溶渗为复合涂层，使涂层在腐蚀和机械损伤后具有自愈性能，在发生界面断裂时，自修复成分破裂释放并固化，从而抑制断裂发生；则使复合涂层具有较强的耐腐蚀性能，且可以与金具产生较强的粘结强度，不易断裂；对金具具有较好的修复和保护作用。
进一步地，步骤a2中所述的石墨烯-铝锌粉末复合材料的制备方法，包括以下步骤：
b1：以气雾法制备铝锌合金粉末；
b2：将石墨烯粉末和铝锌合金粉末混合，在液氮保护下湿法球磨，使石墨烯粉末均匀分散在铝锌合金粉末中；
b3：常温筛去磨球和浮粉后，制备得到石墨烯-铝锌粉末复合材料。
进一步地，步骤b1中所述的铝锌合金为znal28、znal15或znal5中的一种；铝锌合金粉末的粉体形状为球形或近似球形，粒径为20～60μm。
进一步地，步骤b2中所述的石墨烯粉末由氧化还原法制备，石墨烯所占的重量比为0.1％～1.5％，石墨烯片层径厚比为0.4～1.5。
将石墨烯粉末和铝锌合金粉末通过在液氮保护下湿法球磨，使石墨烯粉末均匀分散在铝锌合金粉末中，制得石墨烯-铝锌粉末复合材料；可以在避免石墨烯-铝锌粉末复合材料氧化的情况下，可以制得具有较高的致密性、较高的强度和较高的模量性能的复合材料，从而对金具具有很强的粘结强度和抗腐蚀性能。
进一步地，步骤a3中所述的含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，由以下重量百分数的组分组成：封孔剂57.5％～88％、自修复微纳胶囊10％～40％和催化剂2％～3％。
进一步地，所述封孔剂为环氧树脂型封孔剂、聚氨酯型封孔剂或铝乙烯树脂型封孔剂中的一种；催化剂为grubbs金属催化剂。
进一步地，所述含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂的制备方法，包括以下步骤：
c1：将7g尿素、0.5g间苯二酚和0.5g氯化铵溶于150ml水中，再加入5％的乙烯顺酐共聚物溶液100ml，用10％的naoh溶液将ph调节到3.5，一边搅拌一边加入60ml双环戊二烯，得到乳液；再向乳液中加入37％的甲醛溶液，升温至50℃保持2h，再加入水反应4h，再冷却至室温分离出微胶囊浆；将微胶囊浆用200ml水稀释并每次用500ml水冲洗3次，再通过真空过滤分离出胶囊，风干处理，得到自修复微纳胶囊。
c2：将自修复微纳胶囊、催化剂和封孔剂按比例混合，制得含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂。
进一步地，所述步骤a2中采用冷喷涂法，冷喷涂的工艺参数设置为：工作压力1～4mpa，气体温度为300～700℃，喷枪和金具的距离为10～40mm，喷枪相对样品的移动速度为20～80mm/s，送粉量为0.5～1.5g/s。
进一步地，所述步骤a4中涂层在室温条件下固化24～72h，或在200℃条件下固化6～24h。
制备质量较好的含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，以凸显发挥其自愈性能。
有益效果：
本发明通过使用石墨烯-铝锌粉末复合材料进行冷喷涂于金具表面，且先在金具表面喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料，再喷涂含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，使金具不仅具有较强的耐腐蚀性能，且可以与金具产生较强的粘结强度，不易断裂；对金具具有较好的修复和保护作用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法进行具体说明。
实施例1
本实施例提供了一种基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法，包括以下步骤：对金具表面进行除锈、粗化和清洁处理；向处理后的金具表面冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料；冷喷涂工艺参数设置为：工作压力1mpa，气体温度为700℃，喷枪和金具的距离为15mm，喷枪相对样品的移动速度为30mm/s，送粉量为0.5g/s；石墨烯-铝锌粉末复合材料是由气雾法制备的粒径为20μm的znal28粉末和氧化还原法制备的石墨烯所占重量比为0.1％、石墨烯片层径厚比为0.4的石墨烯粉末在液氮保护条件下通过湿法球磨法制得；向处理后的金具表面涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，形成涂层；在室温条件下固化72h使涂层固化。
含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，由以下重量百分数的组分组成：封孔剂88％、自修复微纳胶囊10％和催化剂2％。
自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂的制备方法，包括以下步骤：将7g尿素、0.5g间苯二酚和0.5g氯化铵溶于150ml水中，再加入5％的乙烯顺酐共聚物溶液100ml，用10％的naoh溶液将ph调节到3.5，一边搅拌一边加入60ml双环戊二烯，得到乳液；再向乳液中加入37％的甲醛溶液，升温至50℃保持2h，再加入水反应4h，再冷却至室温分离出微胶囊浆；将微胶囊浆用200ml水稀释并每次用500ml水冲洗3次，再通过真空过滤分离出胶囊，风干处理，得到自修复微纳胶囊；将自修复微纳胶囊、催化剂和封孔剂按比例混合，制得含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂。
上述金具修复方法制得的金具记为a。
实施例2
本实施例提供了一种基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法，包括以下步骤：对金具表面进行除锈、粗化和清洁处理；向处理后的金具表面冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料；冷喷涂工艺参数设置为：工作压力4mpa，气体温度为300℃，喷枪和金具的距离为10mm，喷枪相对样品的移动速度为20mm/s，送粉量为0.9g/s；石墨烯-铝锌粉末复合材料是由气雾法制备的粒径为30μm的znal15粉末和氧化还原法制备的石墨烯所占重量比为0.7％、石墨烯片层径厚比为0.9的石墨烯粉末在液氮保护条件下通过湿法球磨法制得；向处理后的金具表面涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，形成涂层；在200℃条件下固化24h使涂层固化。
含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，由以下重量百分数的组分组成：封孔剂77％、自修复微纳胶囊20％和催化剂3％。
自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
上述金具修复方法制得的金具记为b。
实施例3
本实施例提供了一种基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法，包括以下步骤：对金具表面进行除锈、粗化和清洁处理；向处理后的金具表面冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料；冷喷涂工艺参数设置为：工作压力2mpa，气体温度为500℃，喷枪和金具的距离为25mm，喷枪相对样品的移动速度为50mm/s，送粉量为1.5g/s；石墨烯-铝锌粉末复合材料是由气雾法制备的粒径为40μm的znal5粉末和氧化还原法制备的石墨烯所占重量比为0.5％、石墨烯片层径厚比为0.8的石墨烯粉末在液氮保护条件下通过湿法球磨法制得；向处理后的金具表面涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，形成涂层；在200℃条件下固化6h使涂层固化。
含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，由以下重量百分数的组分组成：封孔剂57.5％、自修复微纳胶囊40％和催化剂2.5％。
自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
上述金具修复方法制得的金具记为c。
对比例1
本对比例提供了一种金具修复方法，包括以下步骤：对金具表面进行除锈、粗化和清洁处理；向处理后的金具表面冷喷涂石墨烯-铝锌复合材料；冷喷涂工艺参数设置为：工作压力2mpa，气体温度为500℃，喷枪和金具的距离为25mm，喷枪相对样品的移动速度为50mm/s，送粉量为1.5g/s；石墨烯-铝锌复合材料是由气雾法制备的粒径为40μm的znal5粉末放入氧化石墨烯水溶液中搅拌，反应后氧化石墨烯被还原并自组装于znal5粉表面，烘干得到石墨烯包覆铝粉的石墨烯-铝锌复合材料；向处理后的金具表面涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，形成涂层；在200℃条件下固化6h使涂层固化。
含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，由以下重量百分数的组分组成：封孔剂57.5％、自修复微纳胶囊40％和催化剂2.5％。
自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
上述金具修复方法制得的金具记为m1。
对比例2
本对比例提供了一种金具修复方法，包括以下步骤：对金具表面进行除锈、粗化和清洁处理；向处理后的金具表面涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂；再向处理后的金具表面冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料；冷喷涂工艺参数设置为：工作压力2mpa，气体温度为500℃，喷枪和金具的距离为25mm，喷枪相对样品的移动速度为50mm/s，送粉量为1.5g/s；石墨烯-铝锌粉末复合材料是由气雾法制备的粒径为40μm的znal5粉末和氧化还原法制备的石墨烯所占重量比为0.5％、石墨烯片层径厚比为0.8的石墨烯粉末在液氮保护条件下通过湿法球磨法制得；在200℃条件下固化6h使涂层固化。
含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，由以下重量百分数的组分组成：封孔剂57.5％、自修复微纳胶囊40％和催化剂2.5％。
自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
上述金具修复方法制得的金具记为m2。
对比例3
本对比例提供了一种金具修复方法，包括以下步骤：对金具表面进行除锈、粗化和清洁处理；向处理后的金具表面冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料；冷喷涂工艺参数设置为：工作压力2mpa，气体温度为500℃，喷枪和金具的距离为25mm，喷枪相对样品的移动速度为50mm/s，送粉量为1.5g/s；石墨烯-铝锌粉末复合材料是由气雾法制备的粒径为40μm的znal5粉末和氧化还原法制备的石墨烯所占重量比为0.5％、石墨烯片层径厚比为0.8的石墨烯粉末在液氮保护条件下通过湿法球磨法制得；在200℃条件下固化6h使涂层固化。
上述金具修复方法制得的金具记为m3。
实验例1
将实施例1～3制得的金具试样a～c和对比例1～2制得的金具试样m1～m2浸泡于盐雾箱内进行盐雾试验；试样a～c和试样m1～m2均为90mm*120mm*1mm的矩形试样；盐溶液中nahso3浓度为1.8g/l，ph为2；在实验之前，将试样a～c和试样m1～m2的边缘用环氧树脂密封，以防止碳钢基体与对涂层产生干扰；分别于盐雾箱内浸泡24h、72h、168h、336h和504h时；试样a～c和试样m1～m2在浸泡前称重，在浸泡相应时间后用有机溶剂清洗吹干后称重，计算出试样失重，再根据公式进行计算腐蚀效率，每个试样做三组平行实验，进行计算平均腐蚀效率；计算公式为：
式中：
v-试样腐蚀速率，μm/a；
δw-试样失重，g；
ρ-金属材料密度，g.cm-3；
4-试样面积，cm2；
t-试验周期，h。
计算得到各试样平均腐蚀效率如表1所示。
表1平均腐蚀效率(μm/a)
从表1中可看出，实施例1～3所修复制得的金具试样的腐蚀效率随着时间的增加没有变大，且有所降低；对比例1中使用的是石墨烯包覆铝粉的石墨烯-铝锌复合材料，试样的腐蚀效率远远大于实施例1～3所修复制得的金具试样的腐蚀效率，且随着时间的增加腐蚀效率逐渐变大；对比例2中在修复金具时先涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，再冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料，试样的腐蚀效率远远大于实施例1～3所修复制得的金具试样的腐蚀效率，且随着时间的增加腐蚀效率逐渐变大；对比例3中在修复金具时只冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料，试样的腐蚀效率远远大于实施例1～3所修复制得的金具试样的腐蚀效率，且随着时间的增加腐蚀效率逐渐变大；使用本发明的基于冷喷涂石墨烯-铝锌复合材料的金具修复方法制得的复合涂层使金具具有较强的耐腐蚀性能，对金具具有较好的修复和保护作用。
实验例2
将实施例1～3制得的金具试样a～c和对比例制得的金具试样m通过拉伸法测试涂层的粘结强度；将试样a～c和试样m的金具基体和涂层施以反方向的力进行拉伸，当涂层断裂时，记录拉力大小，通过计算得到实验结果如表2所示；计算公式为：
b＝f/a
式中：
b-粘结强度，mpa；
f-最大拉伸载荷，n；
a-粘结面积，mm。
计算得到各试样涂层的平均粘结强度如表2所示。
表2平均粘结强度(mpa)
从表2中可看出，实施例1～3所修复制得的金具试样的涂层粘结强度都较高；对比例1中使用的是石墨烯包覆铝粉的石墨烯-铝锌复合材料，试样的涂层粘结强度较低；对比例2中在修复金具时先涂覆含有自修复微纳胶囊颗粒的封孔剂，再冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料，试样的涂层粘结强度也较低；对比例3中在修复金具时只冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料，试样的涂层粘结强度也较低；使用本发明的基于冷喷涂石墨烯-铝锌复合材料的金具修复方法制得的复合涂层在发生界面断裂时，自修复成分破裂释放并固化，从而抑制断裂发生，与金具产生了较强的粘结强度。
综上，本发明基于冷喷涂石墨烯-铝锌粉末复合材料的金具修复方法具有较强的耐腐蚀性能，且可以与金具产生较强的粘结强度，不易断裂；因此对金具具有较好的修复和保护作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。