一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，涉及一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍍鋅層是傳統(tǒng)而又行之有效的鋼鐵等黑色金屬防護(hù)鍍層，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展對電鍍鋅層防腐性能的要求越來越高。傳統(tǒng)純鋅鍍層已經(jīng)不能完全滿足要求，近年來關(guān)于復(fù)合電鍍鋅層的研究與應(yīng)用越來越廣泛。
[0003]稀土元素具有很高的化學(xué)活性和氧親和力，使得稀土元素在金屬防腐方面有著很好的應(yīng)用前景。在所有稀土元素中，稀土鈰鹽及其氧化物在金屬防腐領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛。而釤是鈰組輕稀土元素之一，與鈰具有十分類似的性質(zhì)。石墨烯具有獨(dú)特的二維片層結(jié)構(gòu)、高比表面積特點(diǎn)，其可層層疊加形成致密涂層，起到優(yōu)異的物理隔絕作用，同時碳原子還具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，這些特性對于石墨稀在防腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用具有極高的價值。目前關(guān)于稀土氧化物Sm2O3摻雜電鍍鋅層和石墨烯摻雜電鍍鋅層的研究沒有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法，利用該方法可在鋼鐵鍍件表面制備具有優(yōu)異耐腐蝕性的電鍍鋅層。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法包括如下步驟:
[0006]I)鋼鐵件表面預(yù)處理
[0007]a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于40_60g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為70-100°C，浸泡時間為15-30min;
[0008]b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的鹽酸中浸洗l-5min;
[0009]2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，在此基液中加入石墨烯和稀土氧化物S1112O3納米顆粒得到復(fù)合鍍液，要求稀土氧化物的粒徑為20-40nm，稀土氧化物與石墨稀的質(zhì)量比范圍在I: I到10:1之間；
[0010]3)以鋅片為陽極材料、以步驟I)預(yù)處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟2)得到的復(fù)合鍍液中進(jìn)行電鍍，電鍍過程中采用功率為50-500W、頻率為40kHz的超聲波分散石墨烯和稀土氧化物，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜電鍍鋅層。
[0011]其中:
[0012]所述在此基液中加入石墨稀和稀土氧化物S1112O3納米顆粒，加入后石墨稀在基液中的質(zhì)量濃度為0.02-10g/L，稀土氧化物Sm2O3納米顆粒在基液中的質(zhì)量濃度為0.2_10g/L。
[0013]步驟2)中，氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液的組成為ZnCl265g/L、KC1200g/L、H3B0330g/Lo
[0014]步驟3)的電鍍過程中中，陰極電流密度為1.0-2.0A/dm2，電鍍溫度為20_60°C，電鍍時間為1-60111丨114!1為5.0-6.0。
[0015]納米Sm2O3顆粒電沉積機(jī)理:
[0016](I)懸浮于電鍍液中的納米Sm2O3顆粒，由電鍍液深處不斷向陰極表面迀移。此時，納米顆粒被帶電離子和溶劑分子的薄層所包覆，運(yùn)動到陰極的緊密層外側(cè)形成弱吸附。
[0017](2)在界面電場作用下，納米Sm2O3顆粒粘附于陰極表面，此階段弱吸附轉(zhuǎn)化成化學(xué)吸附，并且還存在著已發(fā)生化學(xué)吸附微粒解吸脫落的動態(tài)關(guān)系。
[0018](3)發(fā)生了化學(xué)吸附的納米Sm2O3顆粒被陰極上不斷沉積的鋅牢固嵌入。
[0019]石墨烯電沉積機(jī)理:
[0020]石墨稀本身表面不帶電荷，但石墨稀在電解液中會吸附金屬陽離子Zn2+或納米Sm2O3顆粒而帶有正電荷，從而向陰極迀移，實(shí)現(xiàn)石墨烯的液相電沉積制備。
[0021]納米Sm2O3顆粒與石墨烯的復(fù)合摻雜改性電鍍鋅層可以充分結(jié)合二者的物理化學(xué)特性，進(jìn)一步提高鍍鋅層的防腐蝕能力。
[0022]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果如下:
[0023]本發(fā)明所述的一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層，實(shí)現(xiàn)了鋅、納米Sm2O3顆粒與石墨烯三者的共沉積，使鍍鋅層組織更加細(xì)化致密，能有效提高鍍鋅層與鋼鐵件的結(jié)合力，顯著改善鍍鋅層的耐腐蝕性能。
[0024]本發(fā)明制備得到的鍍鋅層能充分發(fā)揮納米Sm2O3顆粒與石墨烯的協(xié)同效應(yīng):不僅具有層層疊加的二維片層結(jié)構(gòu)的石墨烯能形成致密的物理隔絕層，使得小分子腐蝕介質(zhì)很難通過這層致密的隔絕層滲透進(jìn)入到金屬表面發(fā)生反應(yīng)，而且納米Sm2O3顆粒的加入促使鍍鋅層的組織擇優(yōu)取向，擇優(yōu)晶面的數(shù)量會減少，使得鍍鋅層在腐蝕溶液中的微電池腐蝕驅(qū)動力變小，從而提高鍍鋅層的耐蝕性。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的方法，包括如下工藝步驟:
[0027](I)鋼鐵鍍件表面預(yù)處理
[0028]a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于40g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為80°C，浸泡時間為30min;
[0029]b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的鹽酸中浸洗3min。
[0030](2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，基液的組成為ZnCl265g/L、KCl200g/L、H3B0330g/L。在此基液中加入質(zhì)量濃度為lg/L的石墨烯和粒徑30nm的質(zhì)量濃度為5g/L的納米S1112O3顆粒得到復(fù)合鍍液，納米S1112O3顆粒與石墨稀的質(zhì)量比為5:1 ；
[0031](3)以鋅片為陽極材料、以步驟(I)預(yù)處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟(2)得到的復(fù)合鍍液中進(jìn)行電鍍，電鍍的陰極電流密度為2.0A/dm2，電鍍溫度為50°C，電鍍時間為30min，pH為5.0。電鍍過程中采用超聲波分散石墨烯和納米3111203顆粒，超聲功率為200￥，超聲頻率為40kHz，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜電鍍鋅防腐涂層。
[0032]實(shí)施例2
[0033]一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的方法，包括如下工藝步驟:
[0034](I)鋼鐵鍍件表面預(yù)處理
[0035]a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于50g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為70°C，浸泡時間為25min;
[0036]b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的鹽酸中浸洗4min。
[0037](2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，基液的組成為ZnCl265g/L、KCl200g/L、H3B0330g/L。在此基液中加入質(zhì)量濃度為0.5g/L的石墨烯和粒徑30nm的質(zhì)量濃度為2g/L的納米S1112O3顆粒得到復(fù)合鍍液，納米S1112O3顆粒與石墨稀的質(zhì)量比為4:1 ；
[0038](3)以鋅片為陽極材料、以步驟(I)預(yù)處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟(2)得到的復(fù)合鍍液中進(jìn)行電鍍，電鍍的陰極電流密度為1.5A/dm2，電鍍溫度為40°C，電鍍時間為45min，pH為5.5。電鍍過程中采用超聲波分散石墨烯和納米3111203顆粒，超聲功率為300￥，超聲頻率為40kHz，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜電鍍鋅防腐涂層。
[0039]上述實(shí)施方式只是本發(fā)明的幾個實(shí)例，不是用來限制本發(fā)明的實(shí)施與權(quán)利范圍，凡依據(jù)本發(fā)明申請專利保護(hù)范圍所述的內(nèi)容作出的等效變化和修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明申請專利范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于該制備方法包括如下步驟: 1)鋼鐵件表面預(yù)處理 a.堿洗除油:將鋼鐵鍍件置于40-60g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡，浸泡溫度為70-100°C，浸泡時間為15-30min; b.酸洗除銹:將鋼鐵鍍件置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的鹽酸中浸洗l_5min; 2)采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，在此基液中加入石墨烯和稀土氧化物S1112O3納米顆粒得到復(fù)合鍍液，要求稀土氧化物的粒徑為20-40nm，稀土氧化物與石墨稀的質(zhì)量比范圍在I: I到10:1之間； 3)以鋅片為陽極材料、以步驟I)預(yù)處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入步驟2)得到的復(fù)合鍍液中進(jìn)行電鍍，電鍍過程中采用功率為50-500W、頻率為40kHz的超聲波分散石墨烯和稀土氧化物，得到在鋼鐵件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜電鍍鋅層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于所述在此基液中加入石墨稀和稀土氧化物S1112O3納米顆粒，加入后石墨稀在基液中的質(zhì)量濃度為0.02-10g/L，稀土氧化物Sm2O3納米顆粒在基液中的質(zhì)量濃度為0.2_10g/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于，步驟2)中，氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液的組成為ZnCl265g/L、KCl 200g/L,H3BO3 30g/L04.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法，其特征在于，步驟3)的電鍍過程中中，陰極電流密度為1.0-2.0A/dm2，電鍍溫度為20_60°C，電鍍時間為1-6011^11，？!1為5.0-6.0。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜鍍鋅層的制備方法，屬于金屬材料腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括如下制備步驟：將鋼鐵鍍件表面進(jìn)行堿洗除油和酸洗除銹等預(yù)處理；采用氯化鉀型微酸性鍍鋅電解液作為基液，在此基液中加入石墨烯和稀土氧化物得到復(fù)合鍍液；以鋅片為陽極材料、以預(yù)處理過的鋼鐵鍍件為陰極材料置入復(fù)合鍍液中進(jìn)行電鍍，得到在鋼鐵鍍件表面形成的稀土氧化物-石墨烯復(fù)合摻雜電鍍鋅防腐涂層。
【IPC分類】C25D15/00
【公開號】CN105506715
【申請?zhí)枴緾N201510932219
【發(fā)明人】儲成林, 盧秋暉
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月15日