一种在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法技术

本发明专利技术属于金属铜或合金的表面处理技术领域，特别涉及一种在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法。该方法首先将一定量的苯胺单体(Ani)与硫酸加入蒸馏水中，在不透光的器皿中磁力搅拌至苯胺充分溶解，随后将氧化石墨烯加入到此苯胺溶液中并进行超声分散处理，同时过程中不断通入氩气进行除氧处理，直至溶液体系分散均匀形成合成溶液，最后在避光条件下通过水浴控制合成温度，采用恒电流法在铜基体表面电沉积一定厚度的PANI/GO复合涂层。该工艺获得的PANI/GO复合涂层能够有效提高基体的耐蚀性和导电性，工艺方法简单，易于操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属铜或合金的表面处理
，特别涉及一种在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法。
技术介绍
金属铜在自然界中资源丰富且具有良好的导电导热性和机械加工性，长期以来被广泛地应用于军事、交通、工业等各个领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。在一般情况下，铜无腐蚀倾向并被列为耐腐蚀性金属之一，然而在含有氧份的水中或氧化性酸中，铜易受到较强烈的腐蚀。针对铜的广泛应用以及在某些条件下易受到腐蚀的特点，人们采用许多方法来增强其耐蚀性，其中采用加入缓蚀剂来抑制铜的腐蚀近几年来得到广泛研究，然而这类方法往往存在缓蚀效率低、废液不易处理、对环境不友好等缺点。与此相比，通过在铜表面电沉积获得一层耐蚀涂层是一种更简单有效的方法。Wessling等发现聚苯胺(PANI)涂层不仅能够阻挡腐蚀介质，而且能使不锈钢及铜等金属基体表面发生钝化，而且质子掺杂的聚苯胺涂层在酸性介质中比在中性介质中耐蚀性更强。然而在实际合成过程中，由于苯胺单体在非有机溶剂中溶解性较差，所获得的聚苯胺涂层结构疏松，孔隙率较高，往往影响了基体的长期抗腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中所阐述的聚苯胺涂层疏松、存在空隙率高，不利于其耐蚀和导电等缺点，提出一种在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法：将苯胺单体溶解于氧化石墨烯分散液中配制成合成液，然后通过电化学法在金属铜基体表面沉积PANI/GO复合涂层。充分发挥了导电聚合物和石墨烯在耐蚀和导电方面的优势，该方法简单高效，实用性强，所获得的涂层能够显著提高基体铜在含氧环境中的耐蚀性，同时也能进一步提高聚苯胺涂层本身的导电性。上述方法的具体步骤为：(1)通过化学氧化法制备氧化石墨烯将石墨粉经预氧化后用蒸馏水洗涤、干燥；随后在冰浴条件下进一步氧化剥离，经洗涤干燥后，获得氧化石墨烯，其中，化学氧化法为改进的Hummers法，其预氧化过程为：将石墨粉、过硫酸钾和P2O5依次加入到浓硫酸中，在80℃搅拌6h后冷却至室温，用蒸馏水稀释静置后，经过滤干燥处理，进一步氧化剥离的操作为：将经过预氧化的石墨粉加入浓硫酸中搅拌1～1.5h，随后在冰浴环境下向其中依次缓慢加入KMnO4溶液、蒸馏水和30％H2O2溶液，氧化3～4h后获得亮棕色溶液，经离心洗涤后，获得氧化石墨烯；(2)将苯胺单体与硫酸加入蒸馏水中，在避光的器皿中磁力搅拌至苯胺充分溶解，随后向其中加入步骤(1)中制备的氧化石墨烯，保持搅拌、通入氩气(用于去除体系中的氧气)的条件下并进行超声分散处理(10-20分钟)直至体系分散均匀，得到电沉积合成液，石墨烯本身具有高比表面积、良好的力学性能和导电能力，而氧化石墨烯(GO)作为石墨烯的一种重要的派生物，它的结构和石墨烯相似，只是在二维基面上连接了羟基、羰基、羧基等一些含氧亲水官能团，与传统石墨烯相比，更有利于在电化学合成中随苯胺单体一起聚合成膜，形成性能良好的复合膜；不仅如此，由于氧化石墨烯表面带有部分负电荷，其静电作用往往能够有利于苯胺单体的吸附，电沉积合成液中，苯胺单体浓度为0.4～0.6mol/L，硫酸浓度为0.8～1.0mol/L，氧化石墨烯浓度为8～22mg/mL；(3)在避光容器中采用三电极体系电沉积涂层，其中，以饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为辅助电极，经过预处理的铜样品作为工作电极，步骤(2)中得到的电沉积合成液作为电解液，采用恒电流法进行沉积，沉积温度控制在0～15℃，沉积后的PANI/GO复合涂层用去离子水清洗，作为工作电极的铜样品的预处理操作为：将铜样品一端焊上铜丝导线作为电极引线，并用环氧树脂封装试样的非工作面，得到的铜工作电极再经200～400#SiC砂纸水磨及丙酮除油处理，沉积电流密度为2.5～3.0A·cm-2，沉积时间为10～15min，所获得的涂层厚度为15～20μm，另外，沉积温度采用水浴进行控制，0℃采用冰水浴。具体实施方式实施例1(1)将4.65g苯胺单体与9.5g硫酸加入100mL蒸馏水中，在避光的器皿中磁力搅拌至苯胺充分溶解，保持搅拌、通入氩气直至体系分散均匀，得到电沉积合成液，(2)将铜样品一端焊上铜丝导线作为电极引线，并用环氧树脂封装试样的非工作面，得到的铜工作电极再经200～400#SiC砂纸水磨及丙酮除油处理，在避光容器中采用三电极体系电沉积涂层，其中，以饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为辅助电极，经过上述预处理的铜样品作为工作电极，步骤(1)中得到的电沉积合成液作为电解液，采用恒电流法进行沉积：整个沉积过程在黑色避光容器中进行，并通过冰水浴控制温度为0℃，沉积电流密度为2.5A·cm-2，沉积时间为10min，涂层沉积完成后用去离子水清洗、干燥。本实例所获得聚苯胺(PANI)涂层厚度为12μm，相对于基体铜，其在通入氧气的酸性环境中腐蚀电位提高100mV，腐蚀电流密度降低约1个数量级。实施例2(1)将5g石墨粉、3g过硫酸钾和3gP2O5依次加入到15mL浓硫酸中，在80℃搅拌6h后冷却至室温，并用300mL蒸馏水稀释静置后，经过滤干燥处理；将所得产物加入150mL浓硫酸中搅拌1.5h，随后在冰浴环境下依次缓慢加入KMnO4溶液、蒸馏水和30％(溶质质量份数)的H2O2溶液，氧化4h后获得亮棕色溶液，经离心洗涤后，得到氧化石墨烯；(2)将4.65g苯胺单体与9.5g硫酸加入100mL蒸馏水中，在避光的器皿中磁力搅拌至苯胺充分溶解，随后向其中加入1g步骤(1)中制备的氧化石墨烯，保持搅拌、通入氩气(用于去除体系中的氧气)的条件下并进行超声分散处理20分钟至体系分散均匀，得到电沉积合成液；(3)作为工作电极的铜样品的预处理操作同实施例1，在避光容器中采用三电极体系电沉积涂层，其中，以饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为辅助电极，经过上述预处理的铜样品作为工作电极，步骤(2)中得到的电沉积合成液作为电解液，采用恒电流法进行沉积：整个沉积过程在黑色避光容器中进行，并通过冰水浴控制温度为0℃，沉积电流密度为2.5A·cm-2，沉积时间为10min，涂层沉积完成后用去离子水清洗、干燥。本实例所获得的PANI/GO复合涂层厚度为15μm，相对于基体铜，其在通入氧气的酸性环境中腐蚀电位提高180mV，腐蚀电流密度降低2～3个数量级。实施例3(1)同实施例2；(2)将4.65g苯胺单体与9.5g硫酸加入100mL蒸馏水中，在避光的器皿中磁力搅拌至苯胺充分溶解，随后向其中加入1.5g步骤(1)中制备的氧化石墨烯，保持搅拌、通入氩气(用于去除体系中的氧气)的条件下并进行超声分散处理20分钟至体系分散均匀，得到电沉积合成液；(3)作为工作电极的铜样品的预处理操作同实施例1，在避光容器中采用三电极体系电沉积涂层，其中，以饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为辅助电极，经过上述预处理的铜样品作为工作电极，步骤(2)中得到的电沉积合成液作为电解液，采用恒电流法进行沉积：整个沉积过程在黑色避光容器中进行，并通过冰水浴控制温度为0℃，沉积电流密度为2.5A·cm-2，沉积时间为15min，涂层沉积完成后用去离子水清洗、干燥。本实例所获得的PANI/GO复合涂层厚度为18μm，相对于基体铜，其在通入氧气的酸性环境中腐蚀电位提高190mV，腐蚀电流密度降低2～3个数量级。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法，其特征在于：所述的方法为，将苯胺单体溶解于氧化石墨烯分散液中配制成合成液，然后通过电化学法在金属铜基体表面沉积PANI/GO复合涂层。

【技术特征摘要】
1.一种在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法，其特征在于：所述的方法为，将苯胺单体溶解于氧化石墨烯分散液中配制成合成液，然后通过电化学法在金属铜基体表面沉积PANI/GO复合涂层。2.如权利要求1所述的在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法，其特征在于：所述方法的步骤为，(1)通过化学氧化法制备氧化石墨烯；(2)将苯胺单体与硫酸加入蒸馏水中，在避光的器皿中磁力搅拌至苯胺充分溶解，随后向其中加入步骤(1)中制备的氧化石墨烯，保持搅拌、通入氩气的条件下并进行超声分散处理直至体系分散均匀，得到电沉积合成液；(3)在避光容器中采用三电极体系电沉积涂层，其中，以饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为辅助电极，经过预处理的铜样品作为工作电极，步骤(2)中得到的电沉积合成液作为电解液，采用恒电流法进行沉积，沉积后的PANI/GO复合涂层用去离子水清洗。3.如权利要求2所述的在金属铜表面制备防护涂层的工艺方法，其特征在于：步骤(1)中所述的化学氧化法为改进的Hummers法，其中，其预氧化过程为，将石墨粉、过硫酸钾和P2O5依次加入到浓硫酸中，在80℃搅拌6h后冷却至室温，用蒸馏水稀释静置后，经过滤干...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘太军，沈杰，刘卫，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32