[发明专利]一种化学镍-石墨烯防锈涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学镀镍制备防锈涂层的方法，特别是一种化学镍-石墨烯防锈涂层的制备方法。

背景技术

石墨烯（Graphene）是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维碳原子晶体，其厚度约为0.335nm，其强度是已测试材料中最高的，达到130GPa，是钢的100多倍；其中碳-碳键通过SP²杂化形成，键长约为0.142nm，在石墨烯平面内，每个碳原子与相邻的三个碳原子以σ键相连，使整个片层具有高的结构强度。同时，每个碳原子都有一个未成键的π电子，因此在垂直方向上可以形成π轨道。由于π轨道的存在，使得电子在石墨烯晶体中可以自由运动，使石墨烯具有优异的电子传输性能，室温下平面上的电子迁移率为15000 cm²V^-1s^-1，与这数值对应的电阻率为10^-6 Ω·cm，稍小于银的电阻率1.59×10^-6 Ω·cm，因此石墨烯具有优异的导电性。同时，石墨烯的比表面积（2630m²/g）很大，拉伸模量（1.01TPa）和极限强度（116GPa）与单壁纳米管相当。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比，石墨烯价格低廉，原料易得，有望在电子材料、复合材料、医药、航空航天等领域的最终应用。

镍是银白色金属，密度8.9g/ cm3，熔点1455℃，沸点2730℃。质坚硬，具有磁性和良好的可塑性；有好的耐腐蚀性，镍近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素，它能够高度磨光和抗腐蚀。溶于硝酸后，呈绿色。主要用于合金（如镍钢和镍银）及用作催化剂（如兰尼镍，尤指用作氢化的催化剂）。镍不溶于水，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化。在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni²⁺；耐强碱。对氧化剂溶液包括硝酸在内，均不发生反应。镍是一个中等强度的还原剂。镍盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液对镍的浸蚀极慢。镍在稀硝酸缓慢溶解。发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。镍同铂、钯一样，钝化时能吸大量的氢，粒度越小，吸收量越大。镍的重要盐类为硫酸镍和氯化镍。与铁，钴相似，在常温下对水和空气都较稳定，能抗碱性腐蚀，故实验室中可以用镍坩埚熔融碱。硫酸镍（NiSO₄）能与碱金属硫酸盐形成矾 Ni(SO₄)₂O₆H₂O(MI为碱金属离子)。+2价镍离子能形成配位化合物。常压下，镍与一氧化碳反应能形成剧毒的四羰基镍（Ni(CO)₄），加热后它又会分解成金属镍和一氧化碳。

化学镀具体过程是指：在一定条件下，水溶液中的金属离子被还原剂还原，并且沉淀到固态基体表面上的过程。化学镀镍经过多年的不断探索与研究，近几年已发展极成熟了。这一过程与置换镀不同，其镀层是可以不断增厚的，且施镀金属本身也具有催化能力。不用外来电流，借氧化还原作用在金属制件的表面上沉积一层镍的方法。用于提高抗蚀性和耐磨性，增加光泽和美观。一般将被镀制件浸入以硫酸镍、次磷酸二氢钠、乙酸钠和硼酸所配成的混合溶液内，在一定酸度和温度下发生变化，溶液中的镍离子被次磷酸二氢钠还原为原子而沉积于制件表面上，形成细致光亮的镍镀层。钢铁制件可直接镀镍。锡、铜和铜合金制件要先用铝片接触于其表面上1-3分钟，以加速化学镀镍。化学镀就是在不通电的情况下，利用氧化还原反应在具有催化表面的镀件上，获得金属合金的方法。它是新近发展起来的一门新技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种高效率、低成本、工艺简单的化学镍-石墨烯防锈涂层的制备方法。

本发明的技术方案是：一种化学镍-石墨烯防锈涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）将适量的石墨烯粉与分散剂加入去离子水中，用超声波分散45~60min后，除油去污，将石墨烯粉分离，用去离子水反复洗涤，待用；

（2）向反应器中加入酸性化学镍溶液A和酸性化学镍溶液B，再加入去离子水，得到混合溶液，混合均匀后，加热至90~100℃，并调节PH值为4.8~5.0；

（3）向步骤（2）所述的混合溶液中加入步骤（1）分离后的石墨烯粉，搅拌均匀，并维持温度在90~100℃；

（4）将至少一块被镀制件浸入带石墨烯粉的混合溶液中，在步骤（3）所述的温度环境下反应10min-30min后，取出晾干，即在被镀制件上形成防锈涂层。