一种基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层及制备方法，该复合涂层为NiAl合金粉涂层，在NiAl合金粉涂层上覆有一层黑磷烯/高分子粘结材料涂层。本发明专利技术的复合涂层，创新性的引入了黑磷烯纳米片，制备得到的涂层，耐磨性和耐蚀性能优良；本发明专利技术的制备方法，是将黑磷烯纳米片与高分子粘结材料以淬火冷却的球状或类球状液态熔滴为基础得到的喷涂喂料，制备的复合涂层，涂层与基体结合较好，结合强度高，可在钛、铝合金等航空航天机械加工领域广泛应用。

A Composite Coating Based on Black Phosphene/Polymer and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，尤其涉及一种采用黑磷烯/高分子复合涂层才来及其制备方法。
技术介绍
复合涂层是采用多种表面处理技术联合应用以提高涂层对基体的防护能力，在航空航天领域，最初的防护涂层为锌、镉涂层，随着科学技术的飞速发展，飞机零部件对防护性涂层的耐蚀性要求越来越高，常规的镀锌层已经满足不了使用要求，因此代镉涂层的研究和应用近年来得到快速地发展，目前，国内外研究较多的是含Ni为10％-15％的Zn-Ni合金镀层。目前的合金涂层，其耐磨抗腐蚀性能不佳，尤其是对防腐及耐疲劳有重要需求的航空零部件来说，合金的综合性能难以达到要求，其直接制约着合金涂层在航空航天零部件加工中的应用。此外，近年来，将纳米材料与高分子材料结合进行合金涂层的研究也是热门之一，但是目前为止，所有的研究结果，纳米材料无一例外都以原生态形式存在于最终的材料中，无法极大发挥纳米材料的性能，因而复合涂层抗高温氧化性能也受到限制。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层及制备方法，解决现有技术中用于航空航天零部件的复合涂层耐磨防腐蚀效果不佳的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层，该复合涂层包括基体，所述基体上覆有一层NiAl合金粉涂层，在NiAl合金粉涂层上覆有一层黑磷烯/高分子粘结材料涂层。优选的，所述NiAl合金粉涂层厚度为65mm-75mm。优选的，黑磷烯/高分子粘结材料涂层厚度为100μm-150μm。所述高分子粘结材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚氯乙烯中的一种。本专利技术还提供一种上述基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将黑磷烯纳米片与高分子粘结材料进行混合得到混合粉料；步骤2，将混合粉料加热至液态熔滴，待液态熔滴形成球状或类球状颗粒后进行淬火冷却，最后烘干得到喷涂喂料；步骤3，在基体表面先形成NiAl合金粉涂层，再在NiAl合金粉涂层上喷涂步骤2得到的喷涂喂料，喷涂完成后即可得到复合涂层。优选的，步骤1中，混合粉料中，黑磷烯纳米片与高分子粘结材料的质量比为3:1～7:2。优选的，步骤1中，混合粉料的方法为：将黑磷烯纳米片与高分子粘结材料进行球磨混粉，球磨混粉的条件为：球料比为20:1～30:1，大小球直径分别为10mm和5mm，球磨时间2h-15h，球磨机转速为50-400r/min。优选的，步骤3中，喷涂条件为：喷涂距离100mm-160mm，喷涂角度90°。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术的复合涂层，创新性的引入了黑磷烯纳米片，制备得到的涂层，耐磨性能和耐蚀性能优良；同时，本专利技术的复合涂层，更致密，进一步增加了复合涂层的耐腐蚀性。本专利技术复合涂层的制备方法，是将黑磷烯纳米片与高分子粘结材料以淬火冷却的球状或类球状液态熔滴为基础得到的喷涂喂料，黑磷烯纳米片与高分子粘结材料协同增效，制备的复合涂层，不仅改变了纳米原生态结构，而且涂层与基体结合好，结合强度高，可在钛、铝合金等航空航天机械加工领域广泛应用。附图说明图1为本专利技术涂层制备的工艺流程图。图2为黑磷烯粉末XRD图。图3为黑磷烯纳米片的AFM图(a)和SEM图(b)。图4为不同浓度的黑磷烯/PVDF复合涂层SEM图:(a)15wt％；(b)20wt％。图5为具有15％黑磷烯的复合材料磨斑局域和表面的Raman光谱图，(15％为黑磷烯占黑磷烯与高分子粘结材料总质量的百分比)。图6为本专利技术的复合涂层磨损率实验结果。图7为对比例1-5的摩擦系数结果图。图8为对比例1黑磷烯BP摩擦系数曲线。图9为对比例2超纯水摩擦系数曲线。图10为对比例3MoS2摩擦系数曲线。图11为对比例4纳米金刚石摩擦系数曲线图12为对比例5GO摩擦系数曲线。以下结合实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式遵从上述技术方案，以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。黑磷稀，具有类石墨烯的片层结构，但不同的是，同一层内的原子不在同一平面上，呈一种蜂窝状的褶皱结构，层内具有较强的共价键，层间原子通过范德华力结合。其独特的褶皱结构，使其原子结构在平面内表现出较大的挤压和拉伸。同时，黑磷稀具有层间低剪切和较高的热力学稳定性等特点，专利技术人研究发现，将其作为改性剂加入制备高分子材料复合涂层，一方面可以解决或预防在零部件中普遍存在的由磨损问题造成的失效，通过涂层增强表面的耐磨性能，减少经济损失，另一方面则是在液体浸泡或气体腐蚀等的腐蚀情况下保护基体，使其不被腐蚀。因此，本专利技术提出的基于黑磷烯的高分子材料复合涂层，能够有效提高涂层与合金基体间的结合强度和稳定性，具有较好的耐磨和耐蚀性能，制备出的黑磷烯/高分子材料复合涂层，为黑磷烯在钛、铝合金加工领域的应用提供理论基础。本专利技术的高分子材料取具有粘结性能的高分子粘结材料即可，没有特殊要求，以聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚氯乙烯为较优选择。实施例1：本实施例提供一种基于黑磷烯/聚偏氟乙烯(PVDF)复合涂层，该复合涂层采用如下的制备方法制备：(1)喷涂喂料制备：1-1：液相超声法制备黑磷烯纳米片。1-2：粘结剂的制备：高分子材料PVDF作为粘结剂。将PVDF材料溶入去离子水中，对混合液体采用水浴加热，并不断搅拌，待充分溶解后停止加热并保温，然后冷却得到PVDF粘结剂。1-3：湿法球磨：将步骤1-1所得黑磷烯纳米片与步骤1-2所得的PVDF粘结剂进行球磨混粉。1-4：等离子处理：将步骤1-3中球磨后的粉体加热至熔融液滴，使其团聚成球状，并对其实施淬火冷却，最后烘干得到等离子处理的喷涂喂料。(2)对基体进行预处理：选用钛合金、铝合金等为基体材料，基体表面用砂纸打磨，在酒精里浸泡十分钟，取出吹干，再超声清洗十分钟，之后对基体进行喷砂处理，喷砂磨粒为20目刚玉砂，喷涂距离100mm，喷涂角度90°，喷砂后从各个角度观察喷砂面，均无反射亮斑时即可。采用等离子焰流对基体进行预热，直至工件升温至150℃。(3)涂层的制备：首先喷涂60mm厚的NiAl合金作为打底层和过渡层，最后，在过渡层之上分别喷涂不同黑磷烯含量的高分子复合涂层作为工作层，喷涂厚度约为100μm。将样品稳定放置在承载台上，将等离子喷涂设备配置的自动行走机构按照样品摆放和固定喷涂参数设定行走路径，喷涂前先对基体进行预扫，温度不宜过高，约为200-300℃，后进行喷涂。等离子喷涂参数实施例2：本实施例提供一种黑磷烯/聚四氟乙烯(PTFE)复合涂层的制备方法，按照如下步骤进行：(1)喷涂喂料制备：1-1：液相超声法制备黑磷烯纳米片1-2：粘结剂的制备：选用高分子材料PTFE作为粘结剂。将PTFE材料溶入去离子水中，对混合液体采用水浴加热，并不断搅拌，待充分溶解后停止加热并保温，然后冷却得到PTFE粘结剂。1-3：湿法球磨：将步骤1-1所得黑磷烯纳米片与步骤1-2所得的PTFE粘结剂进行球磨混粉。1-4：等离子处理：将步骤1-3中球磨后的粉体加热至熔融液滴，使其团聚成球状，并对其实施淬火冷却，最后烘干得到等离子处理的喷涂喂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层，该复合涂层包括NiAl合金粉涂层，其特征在于，在所述NiAl合金粉涂层上还覆有一层黑磷烯/高分子粘结材料涂层。

【技术特征摘要】
1.一种基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层，该复合涂层包括NiAl合金粉涂层，其特征在于，在所述NiAl合金粉涂层上还覆有一层黑磷烯/高分子粘结材料涂层。2.如权利要求1所述复合涂层，其特征在于，所述NiAl合金粉涂层厚度为65mm-75mm。3.如权利要求1所述复合涂层，其特征在于，黑磷烯/高分子粘结材料涂层厚度为100μm-150μm。4.如权利要求1所述复合涂层，其特征在于，所述高分子粘结材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚氯乙烯中的一种。5.权利要求1所述基于黑磷烯/高分子材料的复合涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将黑磷烯纳米片与高分子粘结材料进行混合得到混合粉料；步骤2，将所述混合粉料加热至液态熔滴，待液态熔滴形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，侯婷丽，王庆娟，高原，王岩，王快社，周海雄，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61