[发明专利]一种石墨烯强化铜基复合涂层的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯强化铜基复合涂层的制备方法，包括以下步骤(1)采用液相沉淀法与热还原法相结合制备镍/石墨烯纳米复合材料；(2)镍/石墨烯纳米复合材料与铜粉球磨混合制成喷涂材料；(3)采用超音速低压冷喷涂技术制备铜过渡层和石墨烯强化铜基复合涂层。该制备方法具有效率高和简单易操作等优点，制得的石墨烯强化铜基复合涂层具有优异的减摩和耐磨性能，可广泛应用于各种耐磨部件。

技术领域

本发明属于材料表面工程技术领域，具体涉及一种石墨烯强化铜基复合涂层的制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是一种具备高强度，低密度以及良好的导电性与导热性的二维纳米级材料，具有表面活性，易与其他材料粒子结合。目前，将密度小强度大的石墨烯作为增强相材料的研究在材料科学与工程领域受到广泛关注。提高金属材料强度的同时还能降低材料的密度。先前已有大量的研究显示将石墨烯复合到铝、钛、镁等金属材料中，强化后的金属基复合材料性能都得到了明显的提高。

铜基复合材料因其具备良好的导电与导热、高硬度、高耐磨与高耐蚀性能而广泛应用于表面工程领域。将石墨烯作为强化相加入铜基材料制备拥有高强度、高导电、高导热和高耐磨性的强化铜基复合材料已经有大量的研究与报道。将铜基复合涂层沉积在低成本的基材表面，既可以充分发挥基材的塑性、韧性和低成本的优势，也可以充分利用铜基复合涂层的高强度、高导电、高导热和高耐磨性的优点，从而大幅度提升基材的整体性能和服役寿命。

石墨烯强化铜基复合材料的制备主要存在以下问题：(1)石墨烯尺寸较小，比表面积大，自身容易发生团聚，在金属铜基本中难以形成单分散纳米增强相；(2)由于石墨烯与金属铜属于不同材料体系，石墨烯增强相与铜基体间难以形成结合强度大、优质有效的相界面。这些问题严重影响复合材料的性能。此外，热喷涂是目前制备铜基复合涂层的主要方法之一，它具有涂层制备效率高，涂层/基材结合力好等优点，但涂层表面容易出现热裂纹等缺陷。同时，由于工作温度较高，热喷涂过程中容易造成碳基(如碳纳米管、石墨烯等)增强相烧损。因此，开发一种新型的石墨烯强化铜基复合涂层制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目在于克服现有技术的缺陷，提供一种石墨烯强化铜基复合涂层的制备方法。该制备方法具有效率高和简单易操作等优点，制得的石墨烯强化铜基复合涂层具有优异的减摩和耐磨性能。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种石墨烯强化铜基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1.称取氧化石墨烯粉末，超声分散于去离子水中，制成氧化石墨烯胶体溶液；在搅拌条件下，滴加Ni(NO₃)₂溶液和稀氨水，滴加完毕后继续搅拌，经过滤、冲洗、干燥后，将所得产物在惰性气氛保护下，置于500～600℃保温，制得镍/石墨烯纳米复合材料；

S2.将铜金属粉末与步骤S1制得的镍/石墨烯纳米复合材料混合，以150～200rpm的转速球磨，得到混合材料；

S3.采用超音速低压冷喷涂工艺，压缩空气为工作气体，喷涂压强为0.5～0.7MPa，喷枪温度为200～400℃，喷枪移动速度为30～40mm/s，喷枪与工件距离为20～25mm，出粉量为0.1～0.3克/秒，在工件表面喷涂铜金属粉末，得到铜过渡层；

S4.采用超音速低压冷喷涂工艺，压缩空气为工作气体，喷涂压强为0.6～0.8MPa，喷枪温度为200～400℃，喷枪移动速度为20～30mm/s，喷枪与工件距离为20～25mm，出粉量为0.2～0.3克/秒，在步骤S3的铜过渡层表面喷涂步骤S2所得混合材料，得到石墨烯强化铜基复合涂层。

优选地，步骤S1中所述氧化石墨烯粉末和去离子水的质量比为(0.5～1):100。