一种基于液料等离子喷涂技术的石墨烯涂层及其喷涂工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种基于液料等离子喷涂技术的石墨烯涂层及其喷涂工艺，属于涂层技术领域。该工艺通过将基体预热至100

【技术实现步骤摘要】
一种基于液料等离子喷涂技术的石墨烯涂层及其喷涂工艺


[0001]本专利技术涉及涂层
，尤其涉及一种基于液料等离子喷涂技术的石墨烯涂层及其喷涂工艺。

技术介绍

[0002]石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。目前，常规的石墨烯涂层制备方法包括气相沉积法(CVD)和抽滤法。其一，石墨烯类涂层的CVD制备方法需要高温和真空环境，而后将含碳气态物质与作为还原性气体的氢气通入到密闭的反应炉内。因此，CVD法限制了基体尺寸，无法大尺寸沉积且沉积速度缓慢，制备周期长。此外，CVD制备石墨烯涂层只能生长于特定金属衬底表面，且涂层和衬底之间只有弱的范德华力结合。其二，抽滤制备法是将石墨烯分散液倒入垫好滤膜的抽滤瓶中，以真空抽滤的方式在底膜上形成石墨烯薄层。这种制备方法仅能得到石墨烯薄层，石墨烯薄层与基体之间也仅能形成弱范德华力结合，且抽滤法目前制备的石墨烯涂层也仅在10cm以内。因此，上述传统石墨烯涂层制备技术不适用于实际化的功能应用。
[0003]专利CN105063571公开了一种不锈钢基底上三维石墨烯的制备方法，利用化学气相沉积法(CVD)制备三维石墨烯，其原理是将一种含碳的气态物质在高温和高真空的环境下，用氢气作为还原性气体，通入到炉内，生成石墨烯全部都是沉积的衬底表面。但在需要制备依附于指定基体上的石墨烯涂层时，由于石墨烯的化学气相沉积仅能得到在生长基体(如铜箔)上附着的石墨烯，且结合形式为弱范德华力，需要进行转移并与目标基体结合后(如使用粘结剂)才能投入等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。
[0004]等离子喷涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。针对现有石墨烯涂层制备尺寸受限、制备周期长、适用基体有限和结合强度弱等问题，基于液料等离子喷涂技术研发一种可以在各类基体上的大尺寸、快速沉积，可以面向工程应用的高机械强度石墨烯涂层就十分重要。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中制备尺寸受限、制备周期长、适用基体有限和结合强度弱等问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于液料等离子喷涂技术的石墨烯涂层及其喷涂工艺。喷涂工艺包括石墨烯液相喂料制备、涂层沉积过程，其中，液相喂料是通过乳化、分散等方法获得的水性或者有机性的均匀稳定的石墨烯分散液。借助液料等离子喷涂技术可以在不同基体上快速、大尺寸沉积具有优异机械性能的石墨烯涂层。
[0007]本专利技术的第一个目的是一种基于液料等离子喷涂技术的石墨烯涂层的喷涂工艺，
包括以下步骤，将基体预热至100
‑
300℃，采用液料等离子喷涂技术通过喷枪将石墨烯悬浮液沉积在基体表面，得到所述石墨烯涂层；所述石墨烯悬浮液的浓度为0.5
‑
2mg/mL；所述喷枪的功率为28
‑
36kW，电流为780
‑
850A，电压为36
‑
42V；喷涂距离为40
‑
200mm；喷枪的移动速度为50
‑
1000mm/s；喷涂循环次数为2
‑
50次；喷涂过程中基体的温度为400
‑
600℃。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述石墨烯涂层的沉积速率为0.5
‑
5μm/min。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，将基体预热可以保证石墨烯涂层的有效沉积以及实现高界面结合。喷涂过程中控制基体温度可以防止石墨烯在基体上的碳化或者烧蚀。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，喷枪通过架设在机械臂上实现移动，通过改变机械臂移动参数设定移动轨迹与速度。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，供料流量和喷涂距离的设定保证石墨烯液滴能够拥有足够的焓值的同时防止已经沉积的涂层碳化。利用液料等离子喷涂典型的非平衡过程和极短的受热时间，石墨烯在喷涂过程中不易被氧化。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述基体的材料为金属、陶瓷、玻璃和塑料。进一步地，所述金属为不锈钢和/或镍基合金；所述陶瓷为氧化铝和/或二氧化硅；所述塑料为耐高温塑料，该基体不会因喷涂过程损坏。石墨烯涂层与氧化铝、不锈钢、镍基合金及二氧化硅等基体结合形成的边界，涂层与基体通过机械咬合力高强度结合。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述基体的表面经过喷砂处理，所述基体的厚度为1
‑
100mm。所述基体的表面可经过喷砂处理，也可不经过表面粗化处理。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述石墨烯悬浮液的供料流量5
‑
50mL/min。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述液料等离子喷涂技术中主气气压为0.4
‑
0.8MPa，主气流量为30
‑
70L/min，辅气气压为0.3
‑
0.6MPa，辅气流量为2
‑
50L/min。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述液料等离子喷涂技术用的主气气体为氩气和/或氮气；辅气气体为氢气或者氦气。
[0017]本专利技术的第二个目的是一种所述的喷涂工艺得到的石墨烯涂层。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述石墨烯涂层的厚度为1
‑
50μm。
[0019]本专利技术的第三个目的是一种所述的石墨烯涂层在耐磨、防腐领域中的应用。
[0020]本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0021](1)本专利技术所述的石墨烯涂层利用等离子喷涂工艺，通过改变石墨分散溶液的浓度、液料流量、喷枪移动状态和喷涂循环次数，有效地调控石墨烯涂层厚度。由于石墨烯液滴在沉积到涂层上时拥有较高的焓值，能够高效沉积的同时与各种基体形成机械咬合，从而形成远强于弱范德华力的机械咬合力，仅控制喷枪移动的机械臂的移动参数，便可直观地设定涂层的沉积效率。
[0022](2)本专利技术所述的石墨烯涂层的喷涂工艺具有流程简单，生产周期短，生产效率高等特点，与常规石墨烯涂层制备方法相比，采用该专利技术制备石墨烯涂层具有制备尺寸更大、涂层结合强度更高、可适用的基体类型更多的优势，可用于面向实际工程应用的各类石墨烯涂层，如具备耐磨减磨、耐腐蚀特性等。
[0023](3)本专利技术所述的石墨烯涂层的喷涂面积及层厚度可以需要根据具体作用进行选择，在不使涂层被氧化的前提下提高喷枪功率或调整喷涂距离可改变涂层的沉积效率，从而更好地实现本专利技术的目的。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中：
[0025]图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯涂层的喷涂工艺，其特征在于，包括以下步骤，将基体预热至100
‑
300℃，采用液料等离子喷涂技术通过喷枪将石墨烯悬浮液沉积在基体表面，得到所述石墨烯涂层；所述石墨烯悬浮液的浓度为0.5
‑
2mg/mL；所述喷枪的功率为28
‑
36kW，电流为780
‑
850A，电压为36
‑
42V；喷涂距离为40
‑
200mm；喷枪的移动速度为50
‑
1000mm/s；喷涂循环次数为2
‑
50次；喷涂过程中基体的温度为400
‑
600℃。2.根据权利要求1所述的石墨烯涂层，其特征在于，所述石墨烯涂层的沉积速率为0.5
‑
5μm/min。3.根据权利要求1所述的石墨烯涂层的喷涂工艺，其特征在于，所述基体的材料为金属、陶瓷、玻璃或塑料。4.根据权利要求1所述的石墨烯涂层的喷涂工艺，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞泽新，许振宁，桂珑恩，王博通，刘妹妹，王永光，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：