本发明涉及复合材料领域,尤其是一种钢铁材料表面复合涂层及其制备方法。
背景技术:
目前,钢铁构件的耐蚀表面防护措施主要有涂漆、电镀/化学镀、热喷涂、冷喷涂、涂油等。涂漆是现阶段最常用的钢铁构建表面防护措施,但由于运动部件处于摩擦工况,漆面容易出现脱落、划伤及磨损等现象,严重影响构件的耐蚀性能;镀铬、复合镀ni-sic等工艺虽然耐磨性好,但难以满足较为恶劣气候条件下的耐蚀性要求,镀镉等工艺虽耐蚀性较好,但镉为高致癌性物质,制造、维修过程对人员及环境危害极大,且镉镀层存在质软不耐磨损、高温易粉化、对氢脆敏感等严重缺陷;采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂等热喷涂工艺制备的涂层耐磨效果显著,但由于孔隙率较高而耐蚀性能有限;冷喷涂铝涂层具有极佳的耐蚀性能,但其质软而不耐磨,难以直接用于运动构件表面耐蚀耐磨防护。涂油是解决运动构件耐蚀耐磨问题的简单方法,但需要定期涂油保养,保障费时费力。
技术实现要素:
为解决上述技术问题,本发明提供了一种钢铁材料表面复合涂层及其制备方法,所得的复合涂层具有较高的硬度和较好的耐蚀耐磨性,能抑制水、油和其它腐蚀性物质的侵入的功能,从而得到一个无尘、致密的整体,从根本上减缓或者阻止钢铁材料的腐蚀,延长钢铁材料的使用寿命。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案如下。
一种钢铁材料表面复合涂层,由以下重量份的原料制备而成:
二氧化锆100~200份、改性石墨烯3~13份、全烷基丙烯酸酯共聚乳液5~10份。
优选地,由以下重量份的原料制备而成:
二氧化锆200份、改性石墨烯13份、全烷基丙烯酸酯共聚乳液10份。
优选地,由以下重量份的原料制备而成:
二氧化锆100份、改性石墨烯3份、全烷基丙烯酸酯共聚乳液5份。
优选地,由以下重量份的原料制备而成:
二氧化锆150份、改性石墨烯8份、全烷基丙烯酸酯共聚乳液7.5份。
优选地,所述改性石墨烯由石墨烯经偶联剂改性所得。
本发明还提供了上述一种钢铁材料表面复合涂层的制备方法,包括如下步骤:
s1、按上述的配方称取各组分;
s2、将称取的二氧化锆、改性石墨烯和全烷基丙烯酸酯共聚乳液混合搅拌均匀,得基底液;
s3、于钢铁材料的表面涂覆所述基底液;
s4、采用双极性微弧氧化工艺在基底液层上原位生成陶瓷层;具体包括如下步骤:
s41:将涂覆有基地液的钢铁材料与微弧氧化设备的电源正极相连;
s42:将其浸没于电解液中,接通电源完成陶瓷层制备。
本发明具有以下有益效果:
本发明所得的复合涂层具有较高的硬度和较好的耐蚀耐磨性,能抑制水、油和其它腐蚀性物质的侵入的功能,从而得到一个无尘、致密的整体,从根本上减缓或者阻止钢铁材料的腐蚀,延长钢铁材料的使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下实施例中所使用的改性石墨烯由石墨烯经偶联剂改性所得
实施例1
s1、按质量份称取:二氧化锆200份、改性石墨烯13份、全烷基丙烯酸酯共聚乳液10份;
s2、将称取的二氧化锆、改性石墨烯和全烷基丙烯酸酯共聚乳液混合搅拌均匀,得基底液;
s3、于钢铁材料的表面涂覆所述基底液;
s4、将涂覆有基地液的钢铁材料与微弧氧化设备的电源正极相连;然后将其浸没于电解液中,接通电源完成陶瓷层制备。
制备完成后,将上述试件置于流动的冷水中清洗5min后,置于烘箱内烘干,所得复合涂层的外观呈灰色,结合强度为42mpa,表面显微维氏硬度可达1350hv,中性盐雾试验2000h无腐蚀,人造海水试验2000h无腐蚀,载荷8kg下mm200摩擦磨损试验的磨损量为5mg/h。
实施例2
s1、按质量份称取:二氧化锆100份、改性石墨烯3份、全烷基丙烯酸酯共聚乳液5份;
s2、将称取的二氧化锆、改性石墨烯和全烷基丙烯酸酯共聚乳液混合搅拌均匀,得基底液;
s3、于钢铁材料的表面涂覆所述基底液;
s4、将涂覆有基地液的钢铁材料与微弧氧化设备的电源正极相连;然后将其浸没于电解液中,接通电源完成陶瓷层制备。
制备完成后,将上述试件置于流动的冷水中清洗5min后,置于烘箱内烘干,所得复合涂层的外观呈灰色,结合强度为38mpa,表面显微维氏硬度可达1300hv,中性盐雾试验2000h无腐蚀,人造海水试验2000h无腐蚀,载荷8kg下mm200摩擦磨损试验的磨损量为7mg/h。
实施例2
s1、按质量份称取:二氧化锆150份、改性石墨烯8份、全烷基丙烯酸酯共聚乳液7.5份;
s2、将称取的二氧化锆、改性石墨烯和全烷基丙烯酸酯共聚乳液混合搅拌均匀,得基底液;
s3、于钢铁材料的表面涂覆所述基底液;
s4、将涂覆有基地液的钢铁材料与微弧氧化设备的电源正极相连;然后将其浸没于电解液中,接通电源完成陶瓷层制备。
制备完成后,将上述试件置于流动的冷水中清洗5min后,置于烘箱内烘干,所得复合涂层的外观呈灰色,结合强度为40mpa,表面显微维氏硬度可达1300hv,中性盐雾试验2000h无腐蚀,人造海水试验2000h无腐蚀,载荷8kg下mm200摩擦磨损试验的磨损量为6mg/h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,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,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。