[发明专利]一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法

说明书

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法。本发明提出的一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法具体为采用电沉积方法制备超疏水结构。具有如下优点：一方面利用低碳钢在亚麻酸介质的蚀刻，构筑低碳钢表面粗糙结构，另一方面充分发挥石墨烯的片层阻挡功能，缓蚀效率达99％以上，具有广泛的工业应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法。

背景技术

低碳钢作为一种通用金属材料，被广泛应用于化工、电工、电力、航海、兵器等军工和民用部门，制作热交换设备、容器、阀门、泵、涡轮、轴等机械和部件。然而暴露于腐蚀性介质中以及潮湿空气中时，会发生严重的腐蚀。

近年来，受“荷叶效应”的启发，与水滴接触角大于150°的超疏水表面由于其强大的疏水特性使得水分子以及腐蚀性离子难以渗入超疏水表面内部，从而显著提高金属材料的耐蚀性能。

目前，常用硬脂酸对金属材料的蚀刻作用在金属材料表面构筑超疏水结构，然而此超疏水结构寿命较短，长期浸泡于腐蚀性介质中易被破坏。而目前报道的超疏水表面制备方法要么需要苛刻的设备，要么制备时间太长。因此，研制一种简单高效且长寿命的超疏水低碳钢的制备方法具有重要经济意义和社会意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种快速且长寿命的超疏水低碳钢的制备方法，该方法构筑的超疏水结构稳定，尤其适用于低碳钢在3.5% NaCl溶液腐蚀介质中的防护。

本发明提出一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，该制备方法包含以下步骤：

(1) 低碳钢预处理：

低碳钢首先分别经60目、120目、320目、600目及1200目砂纸打磨，以除去表面的杂质、氧化物，再用无水乙醇、丙酮超声清洗10分钟，除去有机物，然后经N₂吹干备用；

(2) 电沉积制备超疏水结构：

电解液配方由氧化石墨烯、亚麻酸和无水乙醇组成，其质量分数分别为：氧化石墨烯15% - 30%、亚麻酸15% - 30%、无水乙醇40% - 70%，各组份百分含量之和为100%。本发明提出的超疏水低碳钢的制备方法为恒定电位为2 - 5 V，电沉积时间为4 - 12 h， 温度为30-50 °C。本发明一方面利用亚麻酸对低碳钢的蚀刻；另一方面利用氧化石墨烯在低碳钢表面强的吸附力，从而形成高阻挡性能的膜层，来构筑超疏水表面，使得超疏水低碳钢具有优良的耐蚀性。制备工艺简单、重现性好、无需任务昂贵的设备，具有广泛的工业应用前景。

本发明的有益效果是：

1. 本发明提供一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，可显著提高其在3.5% NaCl溶液腐蚀介质的耐蚀性能；

2. 本发明提供一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，其中电解液采用亚麻酸和氧化石墨烯，得到的膜层超疏水性能更优；

3. 本发明提供一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，施加电压较低，可有效降低能耗；

4. 本发明提供一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，电沉积时间较短，在2 V电压时仅需6小时可构筑超疏水表面；

5. 本发明提供一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，超疏水膜寿命更长；

6. 本发明提供一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，不仅具有超疏水结构，而且具有优异的耐蚀性能，在3.5% NaCl溶液腐蚀介质中对低碳钢具有优异的保护效果；

7. 本发明提供一种石墨烯基超疏水低碳钢的制备方法，其中制备方法简单，能耗低，电解液配方无毒无污染，可进行大规模工业应用。

附图说明