本發(fā)明屬于金屬防護(hù)，具體涉及一種鎂合金表面石墨烯改性導(dǎo)電耐蝕涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強度和比剛度高、易切削加工導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、阻尼減震性優(yōu)、可電磁屏蔽、便于回收利用等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)如飛機及導(dǎo)彈蒙皮和艙體、飛機壁板、衛(wèi)星、航天器等各類承力構(gòu)件。

2、隨著航空航天和軍工關(guān)鍵裝備、軌道交通工具等重點領(lǐng)域?qū)p量化要求越來越高，預(yù)計在未來5-10年，鎂合金在上述領(lǐng)域的應(yīng)用將有望超過300萬噸。太空飛船和衛(wèi)星等的構(gòu)件使用鎂合金后能適應(yīng)太空運行的特殊環(huán)境，諸如由空氣動力學(xué)加熱引起的溫度極限、臭氧侵蝕、短波電磁輻射、高能粒子如電子和質(zhì)子以及小隕石等的沖擊。

3、鎂鋁合金是由鎂和鋁等成分組成一種典型的鎂合金，其具有低密度、高強度和良好的機械性能。鎂鋁合金的密度通常比純鋁低，但強度較高，具有良好的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性。它們還具有較好的可塑性，適用于各種加工工藝，如鑄造、鍛造和軋制。鎂鋁合金在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備和運動器材等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，因為它們能夠提供輕量化和高強度的設(shè)計解決方案。

4、然而，鎂合金的應(yīng)用潛力與現(xiàn)實之間依然存在巨大差距，鎂合金耐腐蝕性的問題已經(jīng)成為阻礙鎂合金大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的瓶頸。鎂的金屬性質(zhì)非?；顫?、室溫下電位低易被腐蝕，且極易被氧化。其表面自發(fā)形成的氧化鎂薄膜疏松多孔極易在大氣環(huán)境或腐蝕介質(zhì)中發(fā)生溶解而失去結(jié)構(gòu)完整性，導(dǎo)致其在服役過程中因力學(xué)支撐作用下降而失效。在一些特定場合，不僅需要鎂合金零部件具備優(yōu)異的耐腐蝕性能，同時還要求具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能以實現(xiàn)電磁屏蔽或電磁兼容，鎂合金自身無法實現(xiàn)高導(dǎo)電和高耐蝕，因此，需要對鎂合金進(jìn)行表面改性以提高其耐蝕性能。

5、目前常見的鎂合金導(dǎo)電防腐表面處理技術(shù)包括化學(xué)氧化和鍍鎳。通過化學(xué)或電化學(xué)的防腐，在鎂合金表面形成一層由氧化物、鉻化物、磷化物或其他化合物組成的難熔膜層。目前用于鎂合金的化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝主要由鉻酸鹽工藝、磷酸鹽/高錳酸鹽工藝和錫酸鹽等工藝。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜具有導(dǎo)電性好和相比鎂合金基體更好的耐蝕性等特點，但由于鎂合金化學(xué)轉(zhuǎn)化膜薄而軟，其耐腐蝕性仍較差，耐鹽霧時間一般不超過24h，所有常作涂裝底層處理和中間工序防護(hù)外，一般很少單獨使用。鎂合金的鍍鎳主要是化學(xué)鍍方法在其表面鍍覆鎳層（如ni-p），具有光澤度好、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕性好、硬度高等優(yōu)點，已獲得應(yīng)用。然而，鍍鎳層密度大，損害了鎂合金輕量化優(yōu)勢，以及深小孔、銳角等復(fù)雜結(jié)構(gòu)處難鍍覆。為此，需要發(fā)展鎂合金輕質(zhì)、高導(dǎo)電、高耐蝕一體化的新型表面涂層技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鎂合金表面石墨烯改性導(dǎo)電耐蝕涂層及其制備方法，同時提高導(dǎo)電和耐蝕性能。

2、本發(fā)明實施例提供一種鎂合金表面石墨烯改性導(dǎo)電耐蝕涂層，包括底層和面層，所述底層為石墨烯改性聚吡咯-硅烷層，所述面層為銅-石墨烯層；

3、石墨烯改性聚吡咯-硅烷層的制備方法為，通過電化學(xué)方法在鎂合金表面沉積底層，電化學(xué)方法的電解液為吡咯、石墨烯、分散劑、硅烷偶聯(lián)劑溶液的混合物，電解液中，所述吡咯濃度為0.1~0.3mol/l，石墨烯濃度為0.15~1.5?mol/l；分散劑的濃度為0.1~0.2mol/l；硅烷偶聯(lián)劑溶液中，溶劑為水和甲醇的混合物，水和甲醇的體積比為8-9:1-2，硅烷偶聯(lián)劑的體積分?jǐn)?shù)為5-10%；

4、所述銅-石墨烯層通過涂覆的方式將銅-石墨烯涂料固化在底層上得到，所述銅-石墨烯涂料包括如下重量份組分，銅48~60%、石墨烯0.5-1%、環(huán)氧樹脂1~5%、有機溶劑35~45%、固化劑0.5~1.5%，功能助劑0.5~1%。銅以銅粉存在，銅粉的粒度為0.1～20μm，或0.1～20μm粒度范圍內(nèi)多種粒度的混合物，優(yōu)選為5~10μm和15~20μm兩種粒徑的顆粒混合物。

5、可選的，所述底層的厚度為5~20μm，所述面層的厚度為20~120μm。

6、可選的，所述電解液還包括水楊酸鈉。

7、可選的，所述分散劑為十二烷基苯磺酸鈉，濃度為0.1~0.2mol/l；硅烷偶聯(lián)劑為選自kh550、kh560、kh570中的至少一種，硅烷偶聯(lián)劑溶液的溶劑為水和甲醇的混合物。

8、可選的，所述環(huán)氧樹脂選自雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂和丙烯酸樹脂中的至少一種。

9、可選的，所述有機溶劑選自丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇甲醚醋酸、乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二乙二醇丁醚中的至少一種。

10、可選的，所述固化劑選自2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、乙酰丙酮鈷、乙酰丙酮鋁中的至少一種。

11、可選的，所述功能助劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。

12、本發(fā)明實施例提供一種所述的鎂合金表面石墨烯改性導(dǎo)電耐蝕涂層的制備方法，在鎂合金表面先沉積底層，然后在底層表面沉積面層；

13、所述底層為石墨烯改性聚吡咯-硅烷層，石墨烯改性聚吡咯-硅烷層的制備方法為，通過電化學(xué)方法在鎂合金表面沉積底層，電化學(xué)方法的電解液為吡咯、石墨烯、分散劑、硅烷偶聯(lián)劑溶液的混合物，電解液中，所述吡咯濃度為0.1~0.3mol/l，石墨烯濃度為0.15~1.5?mol/l；

14、所述面層為銅-石墨烯層，所述銅-石墨烯層通過涂覆的方式將銅-石墨烯涂料固化在底層上得到，所述銅-石墨烯涂料包括如下重量份組分，銅48~60%、石墨烯0.5-1%、環(huán)氧樹脂1~5%、有機溶劑35~45%、固化劑0.5~1.5%，功能助劑0.5~1%。

15、可選的，電化學(xué)方法為電化學(xué)循環(huán)伏安法（采用三電極體系），掃描電位區(qū)間為-0.5~2?vsce，掃描速率為5~25mv/s，掃描周期為5~20次；涂覆后的固化溫度為20~120℃，固化時間為0.5~24h。

16、鎂合金在沉積底層前，先進(jìn)行打磨，脫脂，除油和清洗干凈處理。

17、本發(fā)明的有益效果是，聚吡咯是一種具有導(dǎo)電性和耐腐蝕性的聚合物，可以與其他材料復(fù)合形成涂層，提供額外的性能優(yōu)勢。聚吡咯具有良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性和耐磨損性，還具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性。其在面對鎂合金長時防腐要求，聚吡咯涂層耐蝕性存在不足。

18、本發(fā)明石墨烯改性導(dǎo)電耐蝕涂層具有復(fù)合結(jié)構(gòu)，由底層和面層組成。在底層方面，采用導(dǎo)電聚合物作為底層，并設(shè)計石墨烯和硅烷對底層進(jìn)行優(yōu)化改性，石墨烯具有優(yōu)異的高導(dǎo)電和耐蝕性，提升了底層的長期耐蝕性，而硅烷改性使得鎂合金與樹脂之間形成一個界面層，界面的基團(tuán)反應(yīng)受促進(jìn)作用，通過傳遞應(yīng)力增強鎂合金與樹脂之間的結(jié)合度，也優(yōu)化改善了其表面的界面狀態(tài)，防止了雜質(zhì)的反應(yīng)與滲入，提高了鎂合金涂層的耐蝕性。

19、在面層方面，以導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬銅為主要導(dǎo)體，一方面，通過混合此粒徑下的銅粉（特別是不同粒徑的銅粉的混合），提高導(dǎo)電層致密度，增強其導(dǎo)電性；另一方面，通過石墨烯對面層進(jìn)行改性，石墨烯填充至銅粉之間，進(jìn)一步提高面層的導(dǎo)電性和長期耐蝕性，從而實現(xiàn)整體涂層高導(dǎo)電和高耐蝕；同時，在面層漿料中添加烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑等功能助劑，可提高面層的結(jié)合力和耐蝕性能。

20、本發(fā)明石墨烯改性導(dǎo)電耐蝕涂層具有輕質(zhì)、高導(dǎo)電和高耐蝕一體化的優(yōu)勢。相比鎂合金導(dǎo)電氧化（化學(xué)氧化）涂層，本發(fā)明涂層具有明顯耐腐蝕優(yōu)勢，鎂合金導(dǎo)電氧化涂層耐鹽霧一般＜24h，本發(fā)明涂層耐鹽霧≥96h。相比鎂合金表面鍍鎳技術(shù)，本發(fā)明涂層密度僅為鍍鎳的1/3，具有明顯的輕量化減重優(yōu)勢。

21、本發(fā)明石墨烯改性導(dǎo)電耐蝕涂層工藝簡單，操作方便，非常適用作鎂合金表面導(dǎo)電防腐涂層。