[发明专利]用于涂敷石墨烯涂层的方法和具有这种涂层的基材

说明书

本发明涉及向包含铁或铝的基材涂敷石墨烯涂层的方法和具有石墨烯涂层的这种基材。还描述了具有这种涂层的特别的基材，如链条的部件。

当今，最普遍使用的金属中的两种是铝和铁以及它们的多种合金。铝是地球上第三丰富的元素。它格外低的密度使得它有广阔范围的多种用途，如其中结构部件的重量至关重要的航天工业。至于铁，它最普通的合金之一是钢。尽管钢的生产严重地依赖于煤，但全球用量从2000年至2010年仍增加了69％，这主要是由在此期间在中国的用量增加了400％所推动。因此，横跨广阔范围的技术领域如航天、汽车和制药工业，用于提高含铝和含铁基材的耐磨性和耐腐蚀性的方法具有相当大的商业重要性。另一个这样的领域是动力传送部。尽管广阔范围的耐磨和耐腐蚀涂层已经可以用于链条的部件、链轮齿和结合部件，但仍存在开发展现提高性能的涂层的持续动力。

石墨烯具有广阔范围的独特性质，这引起了大量寻找利用那些性质的实际用途的研究。石墨烯不仅是目前已知的最薄的材料，它也是最强和最不可渗透的材料。它展现所有材料中最高的热导率并且是非常高效的电导体。由于它的独特电学性质，到目前为止在电子、光电和光子学等高科技领域中已有大量研究。对于在其他领域利用石墨烯的独一无二的一系列性质存在着浓厚的兴趣，所述领域其中之一是涂层领域，其中材料的格外低的厚度、高的不可渗透性和自润滑性质可能提供巨大的益处。不幸的是，于在各种基材特别是金属基材如包含铝或铁的那些上生长或沉积石墨烯层方面的困难阻碍了石墨烯系涂层的开发。

本发明的目的是致力于解决目前与石墨烯涂层开发有关的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种向包含铁或铝的基材涂敷石墨烯涂层的方法，所述方法包括：

a.在所述基材的表面上设置金属层；和

b.将所述金属层与碳原子源接触，以在所述金属层上设置石墨烯涂层。

通过使用上文给出的方法，现在可以在含有铝或铁的基材上设置石墨烯涂层。

本发明的第二方面提供了包含铁或铝的基材，在所述基材的表面上具有金属层，并且在所述金属层上设置石墨烯涂层。

本发明的第三方面提供了一种链条，所述链条包含多个链条链节部件和多个将所述链节部件互连的销轴，所述链条链节部件中的至少一个的表面和/或所述销轴中的至少一个的表面设置有石墨烯涂层。

本发明的第四方面提供了一种链条，所述链条包含多个链条链节部件、多个将所述链节部件互连的销轴、和被支撑在所述销轴的一个或多个上的套筒(bush)和/或滚筒(roller)，所述套筒和/或滚筒的表面设置有石墨烯涂层。

关于本发明的第三和第四方面，优选的是，在设置在链条的一个或多个相关部件，即链条链节部件、销轴、套筒和/或滚筒的表面上的金属层上，设置石墨烯涂层。其上涂敷有石墨烯涂层的一个或多个链条部件的所述(或每个)表面优选为磨损面，即，在链条的使用过程中易于磨损的表面。还优选的是，一个或多个链条部件的所述(或每个)表面是在链条的使用过程中易受腐蚀的表面，其是在其上未涂敷石墨烯涂层的类似的链条的使用过程中将预期展现腐蚀迹象的表面。此外，优选的是，一个或多个链条部件的所述(或每个)表面是在使用过程中需要润滑的接触面，即在链条的使用过程中接触另一个部件的、并且因此通常设置有一些形式的润滑的表面。

设置金属层，以使得石墨烯涂层能够设置在下面的含铁或含铝基材上。

金属层可以含有闭合D壳层过渡金属，或这样的金属的合金。

可以包括在金属层内的合适的元素包括钴、铁、铜、镍、银或金。特别优选的金属层是铜金属。

也可以包含一种或多种附加的元素，如钛或锡。在一个实施方案中，金属层可以在金属层的不同亚层中包含多种元素，如铜和钛。作为实例，可以在基材表面上设置一层钛，随后在钛层上设置一层铜。下面的例如钛层可以使上面的例如铜层稳定化。以这种方式，与如果在基材上没有设置下方层时可能使用的上方金属层相比，可能可以使用上方金属层的更薄的层。在另一个实施方案中，两种以上元素可以合金化在一起，在此情况下，它们会居于同一金属层中。合金可以选择为具有在实现石墨烯层生长的温度之下不多于约100℃的熔点，更优选用于设置石墨烯层的温度之下不多于约50℃的熔点，并且最优选其之下不多于约30℃的熔点。示例性的基于合金的金属层包括铜-锡合金。当在钢基材如钢链条销轴上生长石墨烯层时，特别适合使用这样的合金。在此实例中，合适的合金可以包含铜中约5至15原子％(原子百分比)的锡，或更优选铜中约10原子％的锡。

金属层可以是改善石墨烯涂层与基材的结合的金属粘合层。