[发明专利]一种石墨烯-铜-非晶复合涂层的制备方法

说明书

本发明为一种石墨烯‑铜‑非晶复合涂层的制备方法。该方法包括以下步骤：制备石墨烯‑铜复合粉；制备石墨烯‑铜‑非晶粉复合粉；将该复合粉作为喷涂用复合喂料粉，采用热喷涂技术在工件表面制备石墨烯‑铜‑非晶复合涂层；所述热喷涂过程为首先对工件基体表面进行清洁化预处理后喷砂，再采用热喷涂技术进行喷涂，得到厚度为80‑120μm的粘结底层；最后采用热喷涂技术对上一步处理好的试样表面进行喷涂，最后得到石墨烯‑铜‑非晶复合涂层。所述的石墨烯‑铜复合粉末粒径为10～100μm。本发明的复合涂层的摩擦系数较单一的非晶涂层降低37.5％。复合涂层的耐磨性能也得到了提高，复合涂层的磨损失重量较单一的非晶涂层可降低57.8％。

技术领域

本发明属于材料表面涂层制备领域，具体涉及复合涂层所需的复合粉的制备方法，并且涉及石墨烯技术领域。

技术背景

非晶合金是由超急冷凝固得到的长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，非晶合金的结构决定了它具有独特的磁性能、力学性能、电性能、耐腐蚀性能等。将非晶合金作为涂层材料，应用于材料表面技术领域，能起到很好的防护作用。褚振华等人(Surfaceand Coatings Technology,2016,292(25):44-48.)研究指出，铁基非晶涂层可将45#钢基体的耐磨性能大幅提高。但是就非晶涂层而言，高载荷下涂层表现为脆性剥落，这表明，涂层抵抗裂纹扩展能力较差，一旦有微裂纹形成便迅速扩展导致涂层剥落。

石墨稀以sp²杂化的碳原子排列而成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料。石墨烯具有比传统材料更加优异的力学、电学和热学性能，碳原子之间强大的作用力使其成为目前已知的力学强度最高的材料，应用于复合材料领域有望赋予复合材料某些新的性能。目前，石墨烯作为添加剂广泛应用于新型高强度复合材料中。公开号为CN 103555016 A的中国发明专利公开了一种将石墨烯添加到硅酸盐溶液中制备成耐磨涂料的方法，石墨烯的添加使该水性涂料的防、腐耐磨、导电、导热性能得到提高。由此可见，将具有优异性能的石墨烯引入非晶涂层中，可进一步提高非晶涂层的耐磨、耐蚀性能。然而，喷涂过程中如何将密度较小的石墨烯和密度较大的非晶粉同时利用送粉气流送入喷涂火焰中成为一个石墨烯添加过程中的制约因素。

目前利用陶瓷层中引入金属颗粒可以有效的阻止裂纹的运动，阻止其发生断裂来增加涂层的耐磨性，延长使用寿命。北京工业大学祝弘滨等人(Surface and CoatingTechnology,2013,235：620-627)采用等离子喷涂制备了一系列TiB₂-金属陶瓷涂层，复合涂层的滑动摩擦磨损性能远低于低碳钢。铜及其合金等材料具有良好的导电导热性能和易于成型等优点，已广泛应用于航空航天、交通、机械工业、能源化工、通讯、电气、电力电子和国防工业等领域，是一种理想的减磨材料。将金属铜相引入非晶涂层，可以制备出高耐磨性的铜与非晶合金复合的涂层。由于其在耐磨性方面具有十分巨大的潜力，其必将成为极具发展潜力的涂层材料。公开号为CN 103866223 A的中国发明专利公开了一种铁基非晶中添加韧性金属颗粒提高涂层韧性的方法，该发明通过将铁基非晶与铜合金混合后，再利用超音速火焰喷涂制得的复合涂层，其塑性较单一的非晶涂层有所提高，但是其强度也有很大降低。强度降低意味着硬度降低，其磨损过程中磨损量就会增加。因此，单一的靠添加韧性金属来改善非晶涂层的耐磨性能有其局限性。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中心存在的不足，提供了一种石墨烯-铜-非晶复合涂层的制备方法。该方法利用喷雾造粒技术将韧性金属铜粉与高强度石墨烯进行复合，再将复合粉与非晶共同沉积在基体表面，制备出高耐磨的复合涂层。即通过将氧化石墨烯粉与金属铜粉复合，利用该复合粉的密度与非晶粉体的密度近似的特点，再将此复合粉与铁基非晶粉机械混合后进行热喷涂，实现了石墨烯、铜与铁基非晶粉共同沉积到基体上。该工艺避免了直接制备石墨烯涂层要求高且效率低的缺点，而且能有效增强非晶涂层的该耐磨性。

本发明的技术方案：

一种石墨烯-铜-非晶复合涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：