本发明属于金属腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法。
背景技术：
随着工业技术的快速发展，使得工程设备及构件的服役条件愈加严苛，因此对于材料性能的要求也愈加严苛。然而单纯的金属材料在高温抗氧化、耐腐蚀，耐磨减摩等方面的表现无法满足服役条件的要求，减少了工程设备的使用寿命，限制了其使用环境。目前，为防止工装设备及零部件在较为恶劣的环境下工作时产生表面腐蚀从而导致整体破坏，对工装设备及零部件表面涂覆涂层已成为工装设备及零部件表面保护的最重要、最经济的防护措施。
陶瓷材料具有良好的高温抗氧化性及耐磨性，因此在金属表面涂覆陶瓷涂层既具有金属的强度和韧度又具有陶瓷材料耐高温、高温抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优点，正越来越受到人们的重视，目前金属基陶瓷涂层已成功地应用于航天、航空、国防、化工机械、电力、电子等工业领域。
现有技术制备的金属基陶瓷涂层的耐腐蚀性能仍然不能满足恶劣环境下的现场施工要求，从而极大地限制了其大范围的应用。
技术实现要素：
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法，该涂层与金属基体具有优异的结合性能，同时具有较好的耐腐蚀性和高温耐磨损性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低速重载齿轮表面涂层及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：
A称取适量的石墨烯；
B将称量好的石墨烯进行超声分散；
C将步骤B处理好的石墨烯与陶瓷骨料及固化剂充分混合；
D将步骤C混合均匀的粉体与胶黏剂混合搅拌均匀，采用刷涂的方式涂覆在基体上；
E将步骤D中涂层进行固化处理，从而得到所需的无机陶瓷涂层。
优选的，在上述一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法中，所述步骤A中石墨烯百分比为0.1％～0.5％。
优选的，在上述一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法中，步骤B中所述分散是在无水乙醇中进行。
优选的，在上述一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法中，步骤C中所述骨料及固化剂含量为：氧化铝20％～35％；硅酸锆10％～25％，氧化锆5％～15％；固化剂1％～10％；
优选的，在上述一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法中，步骤C中所述充分混合是通过行星式球磨机进行，球磨时使用的罐体为陶瓷罐，球磨介质小球为玛瑙球。球料比采用2:1。球磨罐的转速设定为320r/min，正反双向交替运行，球磨机转盘的转速约为球磨罐转速的1/2。正反向每隔3小时交替运行，总计运行12小时停止球磨机运行。
优选的，在上述一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法中，步骤D中所述球磨后的粉体与黏结剂按质量分数1:0.8比例混合，充分搅拌均匀。在本发明中，所述黏结剂优选为磷酸二氢铝黏结剂。然后，将已经混合均匀的料浆用刷涂的方法涂覆在处理后的金属基体表面。
优选的，在上述一种植入石墨烯的耐腐蚀无机陶瓷涂层及其制备方法中，步骤E中所述固化工艺如下：首先，在室温条件下自然固化2h；接着将涂层均匀加热到60℃，在60℃保温1h；然后加热到120℃，保温1h；继续加热到240℃，在240℃保温2h；最后加热到300℃，在300℃保温1h停止加热，涂层自然冷却，即可得到固化后的金属基陶瓷涂层。
本发明将微量的石墨烯植入无机陶瓷涂层中，从而制备出耐腐蚀的无机陶瓷涂层，结果发现陶瓷涂层与金属基体具有优异的结合性能，得到的金属基陶瓷涂层具有较高的耐磨损和耐腐蚀性能，极大地提高了金属部件在苛刻条件下的服役寿命。本发明的制备方法可控性好，操作简单，生产成本低，易于工业化生产，产品可应用于各种苛刻的腐蚀环境，具有相当广阔的应用前景。
具体实施方式
实施例一(比较例)
称取适量的陶瓷骨料和固化剂，并将其充分混合。所述陶瓷骨料及固化剂的含量为：氧化铝31％；硅酸锆16％，氧化锆6％；氧化锌3.2％，氧化镁1.4％；
对基体表面清洗预处理和基体表面粗糙化处理。将基体分别放入含有丙酮和酒精的烧杯中，超声波清洗机去除基体表面的油污；然后采用砂纸除去基体表面未能清洗掉的氧化层和锈斑，同时也完成了对金属基体表面的粗糙化处理。最后用酒精将金属基体表面产生的磨屑清洗干净，并干燥；
球磨后的粉体与黏结剂按质量分数1:0.8比例混合，黏结剂为磷酸二氢铝黏结剂，充分搅拌均匀。然后，将已经混合均匀的料浆用刷涂的方法涂覆在处理后的金属基体表面。
在室温条件下自然固化2h；接着将涂层均匀加热到60℃，在60℃保温1h；然后加热到120℃，保温1h；继续加热到240℃，在240℃保温2h；最后加热到300℃，在300℃保温1h停止加热，涂层自然冷却。
即得到石墨烯含量为0的无机陶瓷涂层，作为比较例进行比较。
实施例二
按照0.1％质量百分比称取适量的石墨烯；
在无水乙醇中超声分散45min；
称取适量的骨料和固化剂，将分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化剂，充分混合；所述陶瓷骨料及固化剂的含量为：氧化铝30.9％；硅酸锆16％，氧化锆6％；氧化锌3.2％，氧化镁1.4％；
对基体表面清洗预处理和基体表面粗糙化处理。
球磨后的粉体与自制的黏结剂按质量分数1:0.8比例混合，充分搅拌均匀。然后，将已经混合均匀的料浆用刷涂的方法涂覆在处理后的金属基体表面。
在室温条件下自然固化2h；接着将涂层均匀加热到60℃，在60℃保温1h；然后加热到120℃，保温1h；继续加热到240℃，在240℃保温2h；最后加热到300℃，在300℃保温1h停止加热，涂层自然冷却。
即得到石墨烯含量为0.1％的无机陶瓷涂层。
实施例三
按照0.3％质量百分比称取适量的石墨烯；
在无水乙醇中超声分散45min；
称取适量的骨料和固化剂，将分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化剂，充分混合；所述陶瓷骨料及固化剂的含量为：氧化铝30.7％；硅酸锆16％，氧化锆6％；氧化锌3.2％，氧化镁1.4％；
对基体表面清洗预处理和基体表面粗糙化处理。
球磨后的粉体与自制的黏结剂按质量分数1:0.8比例混合，充分搅拌均匀。然后，将已经混合均匀的料浆用刷涂的方法涂覆在处理后的金属基体表面。
在室温条件下自然固化2h；接着将涂层均匀加热到60℃，在60℃保温1h；然后加热到120℃，保温1h；继续加热到240℃，在240℃保温2h；最后加热到300℃，在300℃保温1h停止加热，涂层自然冷却。
即得到石墨烯含量为0.3％的无机陶瓷涂层。
实施例四
按照0.5％质量百分比称取适量的石墨烯；
在无水乙醇中超声分散45min；
称取适量的骨料和固化剂，将分散后的粉末加入陶瓷骨料及固化剂，充分混合；所述陶瓷骨料及固化剂的含量为：氧化铝30.5％；硅酸锆16％，氧化锆6％；氧化锌3.2％，氧化镁1.4％；
对基体表面清洗预处理和基体表面粗糙化处理。
球磨后的粉体与自制的黏结剂按质量分数1:0.8比例混合，充分搅拌均匀。然后，将已经混合均匀的料浆用刷涂的方法涂覆在处理后的金属基体表面。
在室温条件下自然固化2h；接着将涂层均匀加热到60℃，在60℃保温1h；然后加热到120℃，保温1h；继续加热到240℃，在240℃保温2h；最后加热到300℃，在300℃保温1h停止加热，涂层自然冷却。
即得到石墨烯含量为0.5％的无机陶瓷涂层。
通过电化学试验(极化曲线分析法)对不含石墨烯及植入石墨烯的无机陶瓷涂层进行腐蚀行为评定。其极化曲线法得到的数据如表一所示：随着石墨烯的添加，腐蚀电流密度进一步降低，耐腐蚀效率进一步提高。当石墨烯含量为0.5％时，腐蚀电流密度较小到1.21E-7A/cm2，耐腐蚀效率增加到97.1％。由此可见本发明的植入石墨烯的无机陶瓷涂层，可显著提高涂层的耐腐蚀性，进一步保护基体免受腐蚀的破坏。
表一不同石墨烯含量涂层电化学参数
以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些也应视为本发明的保护范围。