本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料及其制备方法。
背景技术：
在对有色金属材料进行压力加工时，为了得到相应的组织和降低变形抗力，工件需要进行一定的中温处理。而中温处理中常用的抗氧化涂层的主要成分为氧化硼、二氧化硅、氧化铝、磷酸盐等陶瓷相，通常将陶瓷相和添加剂共混然后加入到有机溶剂中，或者将陶瓷相颗粒和添加剂共混分散到水中，直接涂覆于金属表面。但是在中温处理时，陶瓷相透氧率较高，会造成工件表面有一定的氧化烧损，因此仅适用于中低温的短时间金属防护。而且目前抗氧化涂料所使用的防护剂，会造成抗氧化涂料在使用和运输过程中有固液分层的问题，严重影响使用的效果和运输成本。
石墨烯是一种具有丰富悬挂键的层状物质，有良好的润滑性，电绝缘性、导热性和耐化学腐蚀性优异，成型制品便于机械加工。基于石墨烯优良的抗侵蚀特性，有望成为替代传统陶瓷的新型中温抗氧化保护涂料。
专利一种中温滑石封严涂层材料及其制备和使用方法(申请号为cn104403557a)，公开了一种中温滑石封严涂层及其制备。该发明各组分及各组分质量配比为:耐350℃有机硅树脂漆25％-45％、涂料铝粉1％-3％、涂料级滑石粉40％-60％、石棉粉2％-8％、二甲苯或甲苯4％-12％；该滑石封严涂层材料是由有机硅树脂漆、滑石粉、铝粉、石棉粉及有机溶剂配制而成，在使用时采用一定的涂刮工艺涂覆在零件表面上，在工作中起隔绝空气的作用，然而该发明申请的保护剂保持时间较短。
因此急需一种适用于中温工况，可长时间抗锻件氧化，制备工艺简单，使用安全，施工方便的水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于中温工况，可长时间抗锻件氧化，制备工艺简单，使用安全，施工方便的水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料及其制备方法。
本发明提供了如下的技术方案：
一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料，由以下质量百分比的原料组成：石墨烯粉0.5-50％、氧化硼5-10％、无定型二氧化硅1-15％、有机助溶剂1-15％、石墨烯助分散剂0.01-20％、氧化物助分散剂0.01-10％，余量为水。
优选的，所述石墨烯粉的纯度大于99％，粒度小于等于5μm。
优选的，所述氧化硼的纯度大于99％，所述无定型二氧化硅的纯度大于99％。
优选的，所述有机助溶剂为乙醇、丙酮和n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种的复配。
优选的，所述石墨烯助分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯基毗咯烷酮、海藻酸钠、聚丙烯酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和脂肪酸钠中的一种或多种的复配。
优选的，所述氧化物助分散剂为羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酸铵、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或数种的混合物。
上述一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将石墨烯粉加入到有机助溶剂中，进行超声分散，得到石墨烯分散液；
s2：将石墨烯助分散剂加入s1所得到的石墨烯分散液中，进行超声，得到石墨烯悬浮液；
s3：将氧化硼、无定型二氧化硅和氧化物助分散剂混合并搅拌，然后将搅拌后的混合液加入到球磨机中进行球磨分散，得到悬浮液；
s4：将s2和s3得到的两种悬浮液进行混合搅拌，即可得到水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料。
优选的，所述s1中的超声时间为0.5-10小时。
优选的，所述s2中的超声时间为0.5-15小时，超声温度为0-5o℃。
优选的，所述s3中的球磨时间为4-10小时。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中原料采用石墨烯粉作为主要成分，石墨烯粉呈片层状结构，具有优良的抗高温氧化性和自润滑特性；氧化硼和无定型二氧化硅为粉状颗粒，具有抗氧化性和熔化温度区间宽的特性，能够显著提高本发明中保护涂料在中温工况下，在金属表面的铺展和流平，以及在石墨烯缝隙中的填隙作用，因此本发明制备的保护涂料适用于中温工况，可长时间抗锻件氧化。
(2)本发明原料中的氧化物助分散剂可有效地提高水对氧化硼和无定型二氧化硅颗粒表面的浸润性，有利于氧化硼和无定型二氧化硅颗粒在水中的良好分散，使用和运输过程中无固液分层的问题，使用效果好，运输成本低。
(3)本发明制备的保护涂料的最终状态为悬浮液，可以用水稀释，采用最终保护涂料和水的稀释体积比为1:0-1:50稀释后即可使用，安全性高，方便施工，对环境无污染。
(4)本发明提供的水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料的制备方法，制备工艺简单，易于操作，适合大规模生产。
具体实施方式
实施例1
配制用于4043铝合金的中温保护剂1公斤。
一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料，由以下质量百分比的原料组成：石墨烯粉10％、氧化硼6％、无定型二氧化硅8％、乙醇5％、聚丙烯酸钠0.3％、羧甲基纤维素钠1％，余量为水。
具体的，石墨烯粉的纯度为99.2％，粒度为500nm；氧化硼颗粒的纯度为99.4％；无定型二氧化硅的纯度为99.9％。
上述水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将石墨烯粉加入到乙醇溶液中，进行超声分散2小时，得到石墨烯分散液；
s2：将聚丙烯酸钠加入s1所得到的石墨烯分散液中，在0℃条件下进行超声5小时，得到石墨烯悬浮液；
s3：将氧化硼、无定型二氧化硅和羧甲基纤维素钠溶液混合并搅拌，然后将搅拌后的混合液加入到球磨机中进行球磨分散8小时，得到悬浮液；
s4：将s2和s3得到的两种悬浮液进行混合搅拌，即可得到水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料。
本实施例1的使用方法为：按体积比为水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料：水＝1：10的比例将保护涂料稀释至喷涂粘度，将4043铝合金零件表面去油污，然后将零件在烘干箱中加热到80℃左右，保温10分钟，再采用喷涂方式将保护涂料均匀喷涂或浸涂在零件上，喷涂或浸涂厚度为0.5mm，最后将喷涂后的零件放入电炉加热进行中温热处理，处理过程中4043铝合金零件表面的氧化烧蚀率低于1％。
实施例2
配制用于3003铝合金的中温保护剂1公斤。
一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料，由以下质量百分比的原料组成：石墨烯粉30％、氧化硼5％、无定型二氧化硅10％、n,n-二甲基甲酰胺6％、聚乙烯基毗咯烷酮8％、聚乙烯醇2％，余量为水。
具体的，石墨烯粉的纯度为99.1％，粒度为1μm；氧化硼颗粒的纯度为99.2％；无定型二氧化硅的纯度为99.9％。
上述水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将石墨烯粉加入到n,n-二甲基甲酰胺溶液中，进行超声分散6小时，得到石墨烯分散液；
s2：将聚乙烯基毗咯烷酮加入s1所得到的石墨烯分散液中，在30℃条件下进行超声4小时，得到石墨烯悬浮液；
s3：将氧化硼、无定型二氧化硅和聚乙烯醇溶液混合并搅拌，然后将搅拌后的混合液加入到球磨机中进行球磨分散7小时，得到悬浮液；
s4：将s2和s3得到的两种悬浮液进行混合搅拌，即可得到水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料。
本实施例2的使用方法为：按体积比为水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料：水＝1：5的比例将保护涂料稀释至喷涂粘度，将3003铝合金零件表面去油污，然后将零件在烘干箱中加热到80℃左右，保温10分钟，再采用喷涂或浸涂方式将保护涂料均匀喷涂或浸涂在零件上，喷涂或浸涂厚度为1mm，最后将浸涂后的零件放入电炉加热进行中温热处理，处理过程中3003铝合金零件表面的氧化烧蚀率低于1％。
实施例3
配制用于ta15合金材料的锻造防护保护剂1公斤。
一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料，由以下质量百分比的原料组成：石墨烯粉40％、氧化硼6％、无定型二氧化硅6％、丙酮8％、海藻酸钠1％、聚甲基丙烯酸铵10％，余量为水。
具体的，石墨烯粉的纯度为99.5％，粒度为2μm；氧化硼颗粒的纯度为99.3％；无定型二氧化硅的纯度为99.9％。
上述水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将石墨烯粉加入到丙酮溶液中，进行超声分散8小时，得到石墨烯分散液；
s2：将海藻酸钠加入s1所得到的石墨烯分散液中，在20℃条件下进行超声6小时，得到石墨烯悬浮液；
s3：将氧化硼、无定型二氧化硅和聚甲基丙烯酸铵溶液混合并搅拌，然后将搅拌后的混合液加入到球磨机中进行球磨分散10小时，得到悬浮液；
s4：将s2和s3得到的两种悬浮液进行混合搅拌，即可得到水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料。
本实施例3的使用方法为：按体积比为水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料：水＝1：50的比例将保护涂料稀释至喷涂粘度，将ta15合金零件表面去油污，然后将零件在烘干箱中加热到80℃左右，保温10分钟，再采用喷涂或浸涂方式将保护涂料均匀喷涂或浸涂在零件上，喷涂或浸涂厚度为1mm，最后将喷涂或浸涂后的零件放入电炉加热进行中温热处理，处理过程中ta15合金零件表面的氧化烧蚀率低于1％。
实施例4
配制用于hpb59-1铜合金材料的锻造防护保护剂1公斤。
一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料，由以下质量百分比的原料组成：石墨烯粉10％、氧化硼8％、无定型二氧化硅12％、乙醇3％、丙酮3％、聚丙烯酸钠8％、羧甲基纤维素钠3％，余量为水。
具体的，石墨烯粉的纯度为99.3％，粒度为300nm；氧化硼颗粒的纯度为99.5％；无定型二氧化硅颗粒的纯度为99.3％。
上述水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将石墨烯粉加入到乙醇、丙酮混合水溶液中，进行超声分散5小时，得到石墨烯分散液；
s2：将聚丙烯酸钠加入s1所得到的石墨烯分散液中，在50℃条件下进行超声2小时，得到石墨烯悬浮液；
s3：将氧化硼、无定型二氧化硅和羧甲基纤维素钠溶液混合并搅拌，然后将搅拌后的混合液加入到球磨机中进行球磨分散8小时，得到悬浮液；
s4：将s2和s3得到的两种悬浮液进行混合搅拌，即可得到水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料。
本实施例4的使用方法为：按体积比为水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料：水＝1：5的比例将保护涂料稀释至喷涂粘度，将hpb59-1铜合金零件表面去氧化层和有机物，然后将零件在烘干箱中加热到80℃左右，保温10分钟，再采用喷涂或浸涂方式将保护涂料均匀喷涂或浸涂在零件上，喷涂或浸涂厚度为0.1-0.2mm，最后将喷涂或浸涂后的零件放入电炉进行中温热处理，处理过程中3hpb59-1铜合金零件表面的氧化烧蚀率低于1％。
实施例5
配制用于hpb60-1铜合金材料的中温保护剂1公斤。
一种水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料，由以下质量百分比的原料组成：石墨烯粉15％、氧化硼5％、无定型二氧化硅12％、n,n-二甲基甲酰胺7％、聚乙烯醇3％、羧甲基纤维素钠3％、聚甲基丙烯酸铵4％，余量为水。
具体的，石墨烯粉的纯度为99.3％，粒度为75nm；氧化硼颗粒的纯度为99.5％；无定型二氧化硅的纯度为99.9％。
上述水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将石墨烯粉加入到n,n-二甲基甲酰胺水溶液中，进行超声分散4小时，得到石墨烯分散液；
s2：将聚乙烯醇加入s1所得到的石墨烯分散液中，在50℃条件下进行超声2小时，得到石墨烯悬浮液；
s3：将氧化硼、无定型二氧化硅、聚甲基丙烯酸铵和羧甲基纤维素钠溶液混合并搅拌，然后将搅拌后的混合液加入到球磨机中进行球磨分散8小时，得到悬浮液；
s4：将s2和s3得到的两种悬浮液进行混合搅拌，即可得到水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料。
本实施例5的使用方法为：将hpb60-1铜合金零件表面去氧化层和有机物，然后将零件在烘干箱中加热到80℃左右，保温10分钟，再采用喷涂或浸涂方式将保护涂料原液均匀喷涂或浸涂在零件上，喷涂或浸涂厚度为0.2mm，最后将喷涂或浸涂后的零件放入电炉进行中温热处理，处理过程中hpb60-1铜合金零件表面的氧化烧蚀率低于1％。
由实施例1-5可知，本发明提供的水性中温抗锻件氧化石墨烯保护涂料，适用于中温工况，可长时间抗锻件氧化，制备工艺简单，使用安全，施工方便。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。