一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料及其涂层制备方法技术

本发明专利技术是一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料及其涂层制备方法，该涂料采用石墨烯作为改性剂，采用铝粉作为防腐填料，采用磷酸盐溶液和硅溶胶为成膜物质，并添加润湿分散剂、消泡剂等表面助剂制备涂料，然后在铁基金属表面喷涂、加热固化制备涂层。该方法制备的涂层，由于添加了石墨烯改性剂，与常见的磷酸盐铝涂层相比，表面无需吹砂处理即可导通，具有很好的牺牲性防腐性能；同时，该涂层表面致密，无明显孔隙结构，可单独使用，无需配套封闭面层。

A graphene inorganic phosphate aluminum coating and its preparation method

The invention relates to a graphene inorganic phosphate aluminum coating and a preparation method of the coating. The coating adopts graphene as the modifier, aluminum powder as the anti-corrosion filler, phosphate solution and silica sol as the film-forming material, and surface auxiliaries such as wetting dispersant and defoamer are added to prepare the coating, and then the coating is sprayed on the surface of iron-based metal, heated and solidified. Compared with the common phosphate aluminum coating, the coating prepared by this method can be conductive without sand blowing treatment, and has good sacrificial corrosion resistance; at the same time, the surface of the coating is dense, without obvious pore structure, and can be used alone, without supporting a closed surface layer.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料及其涂层制备方法
本专利技术是一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料及其涂层制备方法，属于涂料及涂层制备

技术介绍
航空发动机和地面燃气轮机的压气机叶片在制造过程中大量采用了不锈钢材料，在使用过程中，要承受高压高速空气的冲击、腐蚀性介质的侵蚀以及高温氧化和腐蚀，容易产生腐蚀或冲蚀破坏；同时压气机叶片在腐蚀和冲蚀条件下，空气中的油气、工业废气、润滑系统中的油气等会在叶片表面结垢，导致压气机的空气流量降低，效率下降。磷酸盐涂层是一种同时具备抗冲刷、耐高温和耐腐蚀三重功能的防护涂层，在全世界航空发动机及压气机钢部件上广泛应用。美国SermatechInternational公司60年代开发的代号叫SermeTel-W的烘烤型磷酸盐涂层，以及英国IndestructiblePaints公司生产的IPcote系列防护涂层产品均属于该类产品。目前，这两类产品在国内均有应用，国内也有类似的产品，从应用的情况来看，这类产品可以解决钢叶片在600℃以下环境中的腐蚀问题，但涂层的耐腐蚀性能一般，通过分析发现，该类涂层的表面存在大量孔隙，降低了其耐腐蚀性能；同时，该涂层表面导通性不好，影响了铝粉发挥其牺牲性防腐作用。石墨烯是一种新型的由碳原子构成的单层片状结构的二维材料，其电学、热学和力学性能优良，从而受到人们的广泛关注。此外，片层结构的石墨烯在涂层中具有很好的屏蔽作用及“迷宫效应”，可有效阻碍及延长腐蚀介质在涂层中的渗透，从而减缓腐蚀。这为石墨烯增强无机磷酸盐铝涂层耐蚀性能提供了可能，其加入涂料体系中后，有可能显著提高涂料的防腐性能，同时改善涂层的导电性。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术中的问题而设计提供了一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料及其涂层制备方法，其目的是降低涂层表面的孔隙结构，增加涂层表面的导通性，从而提升涂层的耐高温防腐性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术技术方案提供了一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：该涂料的化学成分及重量百分比为：石墨烯0.1-1％，铝粉35-45％，磷酸盐15-20％，硅溶胶2-5％，表面助剂1-2％，余量为去离子水。在一实施中，所述石墨烯为石墨烯粉末或石墨烯水性浆料。其中，石墨烯粉末具有导电性能，有利于提升涂层表面的导电性；石墨烯水性浆料中石墨烯分散较好，有利于降低涂层表面孔隙率。在一实施中，所述铝粉为球型铝粉，粒径为2～5μm。该粒径范围的铝粉能够提供较好的防腐性能，同时涂料粘度较为合适。在一实施中，所述磷酸盐溶液为磷酸铝、磷酸镁或磷酸铬溶液中的一种或几种的混合物。进一步，磷酸铝、磷酸镁或磷酸铬溶液分别由磷酸与氧化铝、氧化镁、氧化铬反应制备而成。在一实施中，所述硅溶胶为酸性硅溶胶，pH值为2～4，粒径为5～20nm。该酸性硅溶胶与涂料体系兼容性好。在一实施中，所述表面助剂为润湿分散剂和消泡剂，所述润湿分散剂为DISPERBYK-180、DISPERBYK-190、DISPERBYK-192中的一种或几种的混合物；所述消泡剂为BYK-022、BYK-024、BYK-028中的一种或几种的混合物。本专利技术技术方案还提出一种制备上述石墨烯无机磷酸盐铝涂料涂层的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、将磷酸盐，硅溶胶，表面助剂和去离子水按配比称取后混合搅拌均匀，然后加入石墨烯，超声分散均匀后加入铝粉，搅拌均匀后得到石墨烯无机磷酸盐铝涂料，待用；步骤二、在铁基金属试样表面喷涂该石墨烯无机磷酸盐铝涂料，在室温下干燥至少20min；步骤三、将干燥后的试样加热到70～90℃，保温至少15min，继续加热到330～350℃，保温至少30min，随炉冷却至室温，得到石墨烯无机磷酸盐铝涂层。本专利技术技术方案所述石墨烯无机磷酸盐铝涂料采用石墨烯作为改性剂，采用铝粉作为防腐填料，采用磷酸盐溶液和硅溶胶为成膜物质，并添加有润湿分散剂及消泡剂作为表面助剂。本专利技术技术方案的的优点和特点如下：该专利技术制备的涂层，除具有一般磷酸盐铝涂层耐高温、耐腐蚀的特点外，由于添加了石墨烯改性剂，具有导电特性的石墨烯可以搭接在铝粉颗粒之间，使涂层表面无需吹砂处理即可导通，在铁基金属试样表面使用时，通过铁-铝原电池效应，可以形成牺牲阳极保护作用，具有很好的防腐性能；同时，片状的石墨烯可以填充在涂层表面的孔隙中，使涂层表面致密，因此，该可单独使用，无需配套封闭面层涂料来填充涂层表面的孔隙。具体实施方式以下结合具体实例说明该石墨烯无机磷酸盐铝涂料及其涂层制备方法。在本专利技术专利基础上，通过简单改变或替换，但具有相似技术效果的技术均属于本专利技术权利保护范围。实施例1制备石墨烯无机磷酸盐铝涂料涂层的过程如下：按表1中的用量，采用石墨烯粉末作为改性剂，采用球型铝粉作为防腐填料，铝粉粒径为2～3μm，采用磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬和酸性硅溶胶为成膜物质，添加润湿分散剂为BYK-180、消泡剂为BYK-022，制备涂料后在铁基金属表面喷涂，涂层在室温干燥20min，然后在80℃保持15min，最后在340℃加热30min，制备出涂层。实施例2制备石墨烯无机磷酸盐铝涂料涂层的过程如下：按表1中的用量，采用石墨烯粉末作为改性剂，采用球型铝粉作为防腐填料，铝粉粒径为3～4μm，采用磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬和酸性硅溶胶为成膜物质，添加润湿分散剂为BYK-190、消泡剂为BYK-024，制备涂料后在铁基金属表面喷涂，涂层在室温干燥20min，然后在80℃保持15min，最后在340℃加热30min，制备出涂层。实施例3制备石墨烯无机磷酸盐铝涂料涂层的过程如下：按表1中的用量，采用石墨烯水性浆料作为改性剂，采用球型铝粉作为防腐填料，铝粉粒径为2～3μm，采用磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬和酸性硅溶胶为成膜物质，添加润湿分散剂为BYK-192、消泡剂为BYK-028，制备涂料后在铁基金属表面喷涂，涂层在室温干燥20min，然后在80℃保持15min，最后在340℃加热30min，制备出涂层。实施例4制备石墨烯无机磷酸盐铝涂料涂层的过程如下：按表1中的用量，采用石墨烯水性浆料作为改性剂，采用球型铝粉作为防腐填料，铝粉粒径为3～4μm，采用磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬和酸性硅溶胶为成膜物质，添加润湿分散剂为BYK-190、消泡剂为BYK-024，制备涂料后在铁基金属表面喷涂，涂层在室温干燥20min，然后在80℃保持15min，最后在340℃加热30min，制备出涂层。表2为上述实施例中制备的涂层的主要性能。涂层表面导通性通过万用表进行测试；涂层耐腐蚀性能按照ASTMB117标准通过中性盐雾试验测试。其中，涂层某项性能非常突出用●表示，性能满足要求用○表示。表2各实施例涂层主要性能实施例表面导通性耐腐蚀性能1...

【技术保护点】
1.一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：该涂料的化学成分及重量百分比为：石墨烯0.1-1％，铝粉35-45％，磷酸盐15-20％，硅溶胶2-5％，表面助剂1-2％，余量为去离子水。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：该涂料的化学成分及重量百分比为：石墨烯0.1-1％，铝粉35-45％，磷酸盐15-20％，硅溶胶2-5％，表面助剂1-2％，余量为去离子水。


2.根据权利要求1所述的石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：所述石墨烯为石墨烯粉末或石墨烯水性浆料。


3.根据权利要求1所述的石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：所述铝粉为球型铝粉，粒径为2～5μm。


4.根据权利要求1所述的石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：所述磷酸盐溶液为磷酸铝、磷酸镁或磷酸铬溶液中的一种或几种的混合物。


5.根据权利要求4所述的石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：磷酸铝、磷酸镁或磷酸铬溶液分别由磷酸与氧化铝、氧化镁、氧化铬反应制备而成。


6.根据权利要求1所述的石墨烯无机磷酸盐铝涂料，其特征在于：所述硅溶胶为酸性硅溶胶，pH值为2～4，粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞，姜国杰，孙志华，原玲，汤智慧，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11