[发明专利]钢铁表面富勒烯薄膜的粘附制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，具体地说，本发明涉及一种在钢铁表面粘附制备富勒烯薄膜的方法。

背景技术

富勒烯作为碳的新的同素异形体于1985年被英国科学家Kroto和美国科学家Curl、Smalley共同发现。类似足球外形的笼状结构使其具有较好的化学稳定性、耐磨及抗蚀等多项优异性能，从上世纪80年代起，对富勒烯的研究和应用已经逐步形成了一个新的科研分支领域。

目前，对富勒烯的探索主要集中在超导技术、光电转换材料、自身表面修饰、分子滚珠、贮氢贮氧材料及新型催化剂等方面，其在钢铁行业中的应用研究十分有限，其中富勒烯在钢材表面的镀制技术在国内外尚无先例。基于富勒烯本身的优异性能，如果可以与钢材表面形成稳定的键合，预期将大大提高现有钢材耐磨、耐腐蚀、削闰滑性等诸多表面性能，是极具前沿性和新颖性的纳米科技研究方向。

关于富勒烯在钢铁中应用的专利文献很少，现有专利文献的研究对象多是碳纳米管和碳粉等，例如除了物理气相沉积和化学气相沉积等方法以外，中国专利文献02115095.8公开的方法直接在经过清洗的不锈钢表面通入乙炔气体来制备碳纳米管薄膜，但该薄膜的制备必须在高温下进行，而富勒烯缺乏热稳定性，所以不适用。美国专利文献6783745公开了一种对碳粉(含C₆₀或单壁碳纳米管)采用高温高压工艺制备与钢铁材料硬度相似的新型碳材料的方法，并可利用粉末冶金技术制成圆柱、杆、管等任意形状，且该新材料易于掺杂和转化为金刚石。中国专利文献200420052200.3公开了一种静电喷涂方法，将纳米粉末喷涂在铁艺组件上，使其耐蚀性能提高5倍。中国专利文献01812239.6、01812313.9公开了一种超薄保护涂层的制备方法，其通过粒子流发生器在磁盘表面形成单层富勒烯涂层，用作磁盘用的磁性器件。另外，富勒烯在半导体器件上也得到了初步应用，如中国专利文献01822518.7公开了一种在半导体外工艺设备部件表面沉积富勒烯形成耐腐蚀层的方法，所沉积的富勒烯厚度为0.001～0.050英寸。除此之外，含富勒烯涂层还可以作为发光器件，参见中国专利文献200480011554.6。

综上所述，迄今为止，富勒烯在钢材表面的镀制技术尚未见到文献报道。因此，本发明的目的在于提供一种富勒烯材料在钢材表面的粘附镀制技术。

发明内容

本发明提供一种钢铁表面富勒烯薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)钢铁表面去油处理；

(2)制备富勒烯的有机溶液或水溶液的分散液；

(3)氨基偶联剂处理钢铁表面；

(4)将步骤(3)处理后的钢铁材料浸入步骤(2)所得富勒烯的分散液成膜；

(5)表面后处理：清洗、烘干。

根据本发明的钢铁表面富勒烯薄膜的制备方法，优选的是，在所述步骤(1)中，将所述钢板浸泡在乙醇或丙酮溶剂中超声清洗5～60分钟，再用水将所述钢板表面冲洗干净。

根据本发明的钢铁表面富勒烯薄膜的制备方法，优选的是，在所述步骤(2)中，所述有机溶液为二甲基甲酰胺、四氢呋喃或乙醇，将富勒烯加入其中，不停搅拌，并超声振荡直至均匀分散。

根据本发明的钢铁表面富勒烯薄膜的制备方法，优选的是，在所述步骤(2)中，制备富勒烯在水溶液中的分散液包括以下步骤：

i.将富勒烯加入四氢呋喃溶液中，搅拌并添加Zn粉，添加量为45mgZn/1gC₆₀～5gZn/1gC₆₀，通氩气除去四氢呋喃中的氧后超声振荡；

ii.添加含NaOH成分的水溶液，并超声振荡到一定时间以避免富勒烯的再聚沉，其中，NaOH的添加量为0.5gNaOH/1gC₆₀～5g NaOH/1g C₆；

iii.采用过滤方法去除混合溶液中的杂质，通氩气去除溶液中的四氢呋喃，得到富勒烯的水溶液分散液。

根据本发明的钢铁表面富勒烯薄膜的制备方法，优选的是，在所述步骤(3)中，将甲醇与乙酸、去离子水和硅烷偶联剂混溶，然后将所述钢板浸入其中进行表面处理，时间为30秒～1小时；更优的是，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙烷基三乙氧基硅烷。

根据本发明的钢铁表面富勒烯薄膜的制备方法，优选的是，在所述步骤(4)中，将步骤(3)所得表面已经氨基化的钢铁材料浸入步骤(2)所得富勒烯的分散液，时间为30秒～60分钟。

根据本发明的钢铁表面富勒烯薄膜的制备方法，优选的是，在所述步骤(5)中，所述清洗为用清水冲洗1分钟以上，所述烘干温度为50～100℃，时间大于15分钟。