技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

全世界每年因被腐蝕損耗的鋼鐵約占世界全年鋼鐵產(chǎn)量的十分之一，目前對鋼鐵基材重防腐處理方法主要是環(huán)氧富鋅涂層和熱鍍（滲）鋅層，防腐效果一般，對鋅資源浪費極大，我國每年70%的鋅金屬用于這兩類防腐涂層上，研究高性能重防腐涂料和高性能防腐新型材料具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：選擇球形鋅鋁合金粉和少層石墨烯作為原料，將球形鋅鋁合金粉加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、硬脂酸混合送入到一級球磨機中，在惰性氣體保護下進行球磨壓延，合金粉壓延至40-60納米厚的鱗片狀結(jié)構(gòu)時將其輸送至二級球磨機中，依次加入少層石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮進行復(fù)合。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述球磨機中含有壓延介質(zhì)，其中一級球磨機中為不銹鋼鋼球、二級球磨機中為氧化鋁陶瓷球。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述一級球磨機中鋼球為鏡面304不銹鋼鋼球；二級球磨機中為鏡面氧化鋁陶瓷球;一級球磨機不銹鋼鋼球的直徑為8-30mm，二級球磨機中為氧化鋁陶瓷球直徑為0.1-1.0mm；所述球形鋅鋁合金粉為高純度合金狀態(tài)下的球形鋅鋁合金粉，采用氮氣保護高壓霧化工藝，高壓具體為3～5MPa，平均粒徑D50為20-80 ，D100＜200 ，鋅含量70-90%，鋁含量10-30%，球形鋅鋁合金粉重量為球磨剝離介質(zhì)的12%以下。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，一級球磨機不銹鋼鋼球的直徑為10-20mm，二級球磨機中為氧化鋁陶瓷球直徑為0.1-0.3mm;所述球形鋅鋁合金粉平均粒徑D50為30-50 ，D100＜150 ，合金中鋅含量75-85%，鋁含量15-25%。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述一級球磨機的球料比為9:1，二級球磨機的球料比為6:4。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，一級球磨機尺寸為直徑1.8米*長度2.8米，二級球磨機尺寸為直徑0.5米*長度5米。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述一級球磨機加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、硬脂酸混合重量比例為1.5：5.5：3，按球形鋅鋁合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)其總添加量為1-5%。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述二級球磨機依次加入聚乙烯吡咯烷酮、少層石墨烯重量比例為3：7，石墨烯按鋅鋁合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加量為0.3-2%，石墨烯材料選自3-5層石墨烯粉體。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述惰性氣體保護是在含氧量低于0.8體積%的惰性氣體氛圍中，所述惰性氣體為氮氣。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述一級球磨機的球磨壓延溫度為30-40℃，球磨機球磨壓延轉(zhuǎn)速為35-45轉(zhuǎn)/分鐘，球磨壓延時間為70-80小時；球磨機中氣氛氧含量控制在0.3-0.8體積%之間，氮氣保護壓力為20-30KPa。

進一步的，上述一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法，所述二級球磨機的球磨復(fù)合溫度為40-50℃，球磨復(fù)合轉(zhuǎn)速為15-20轉(zhuǎn)/分鐘，球磨復(fù)合時間為60-70小時；球磨機中氣氛氧含量控制在0.3-0.8體積%之間，氮氣保護壓力為15-25KPa。

進一步的，上述鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料的生產(chǎn)方法制備獲得的合粉體材料，所述復(fù)合粉體材料平均粒徑5-7 ，平均厚度40-60nm,徑厚比為100-120：1，為二維結(jié)構(gòu)狀態(tài)復(fù)合粉體。

從上述技術(shù)方案可以得出，本發(fā)明具有如下有益效果:

本發(fā)明選擇高純度合金狀態(tài)下的球形鋅鋁合金粉和少層石墨烯作為原料，將高純度合金狀態(tài)下的球形鋅鋁合金粉加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、硬脂酸混合送入到一級球磨機中，在惰性氣體保護下進行球磨壓延，合金粉壓延至40-60納米厚的鱗片狀結(jié)構(gòu)時將其輸送至二級球磨機中加入少層石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮進行復(fù)合，復(fù)合結(jié)束后鱗片狀合金粉與石墨烯在二維結(jié)構(gòu)下比較好的結(jié)合在一起。由于合金狀態(tài)下的球形鋅鋁合金粉硬度高，壓延難度大，選用動能較大的壓延介質(zhì)，所以一級球磨機直徑大，二級球磨機用于鱗片狀合金粉與石墨烯在二維結(jié)構(gòu)下復(fù)合，必須采用小的低能球磨介質(zhì)，否則容易破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，從而影響復(fù)合粉體材料的效果。鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料綜合了鋅、鋁、石墨烯的優(yōu)點，在材料制備、耐腐蝕性能和涂層外觀方面實現(xiàn)了均衡。鋅鋁合金具有良好的延展性，鱗片規(guī)格容易控制、可方便地獲得較高的鱗片比表面積，加入石墨烯進行復(fù)合后，使材料具備了更好的屏蔽性和導(dǎo)電性；鋅鋁合金既具有Zn層對鋼鐵基體有效的陽極保護作用，又因含有足夠的Al，能夠形成完整的Al 2O 3保護膜而提高其耐腐蝕性能，再加上石墨烯具備屏蔽性和導(dǎo)電性，使其擁有更好的防腐性能。

附圖說明

附圖1一級球磨壓延溫度對合金片厚度的影響；

附圖2一級球磨壓延壓力對合金片厚度的影響；

附圖3二級球磨復(fù)合溫度對復(fù)合材料鹽霧性能的影響；

附圖4復(fù)合70小時后的二維結(jié)構(gòu)狀態(tài)復(fù)合粉（電鏡）；

附圖5復(fù)合20小時后的二維結(jié)構(gòu)狀態(tài)復(fù)合粉（電鏡）。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例中使用的試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)試劑產(chǎn)品。

實施例1

本實施例的一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

將球形鋅鋁合金粉與聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、硬脂酸混合送入到一級球磨機中在惰性氣體保護下進行球磨壓延，球形鋅鋁合金粉為定制高壓氮氣真空霧化制粉（氮氣真空霧化制粉技術(shù)為通用技術(shù)，不同廠家生產(chǎn)均差別不大）平均粒徑D50為42 ，D100=97 ，合金中鋅含量為78%，鋁含量為22%。聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、硬脂酸混合比例為1.5：5.5：3，按球形鋅鋁合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)總添加量為3%，一級滾筒式球磨機尺寸為直徑1.8米*長度2.8米；合金粉壓延至40-60納米厚的鱗片狀結(jié)構(gòu)時將其輸送至二級球磨機中依次加入少層石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮進行復(fù)合，二級球磨機按合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次加入聚乙烯吡咯烷酮、少層石墨烯重量比例為3：7，石墨烯按鋅鋁合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加量為0.9%，二級滾筒式球磨機尺寸為直徑0.5米*長度5米。一級球磨機中球磨壓延介質(zhì)不銹鋼鋼球，直徑為10-20mm；二級球磨機中球磨復(fù)合介質(zhì)，氧化鋁陶瓷球直徑為0.1-0.3mm。一級球磨機球磨壓延溫度為30-40℃，35-45轉(zhuǎn)/分鐘，球磨壓延時間為70-80小時；球磨機中氣氛氧含量控制在0.3-0.8體積%之間，氮氣保護壓力為20-30KPa。二級球磨機球磨復(fù)合溫度為40-50℃，球磨復(fù)合轉(zhuǎn)速為15-20轉(zhuǎn)/分鐘，球磨復(fù)合時間為60-70小時；球磨機中氣氛氧含量控制在0.3-0.8體積%之間，氮氣保護壓力為15-25KPa。

所得鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料成品平均粒徑和平均厚度如下表1和表2所示，其電鏡圖如附圖4和附圖5所示。圖4采用20000倍SEM照片，采用設(shè)備：日本電子JSM-7800Prime電鏡；圖5采用10000倍SEM照片，采用設(shè)備：日本電子JSM-7800Prime電鏡。

表1 鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料成品檢測1

表2鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料成品檢測2

從表1和表2可以看出，一級球磨機對鋅鋁合金粉進行球磨壓延，35-45轉(zhuǎn)/分鐘效果最佳，合金片壓延至最佳狀態(tài)，徑厚比最高，水面遮蓋力最好。

壓延好的合金片送入二級復(fù)合球磨機球磨中，依次加入湖南晨智納米材料科技有限公司SMX-03少層石墨烯和K90聚乙烯吡咯烷酮進行復(fù)合，按不同的石墨烯添加比例，試驗所取得不同樣品進行測試，采用中石化E-51透明環(huán)氧樹脂作為粘合劑，復(fù)合粉體按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加30%分散3小時，分散均勻后加入固化劑和用稀釋劑（無水乙醇或醋酸乙酯或醋酸丁酯）調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)恼扯葘娚疤幚淼匿摪暹M行涂裝，烘干處理后對樣板進行劃叉破損處理完同時放入鹽霧箱進行連續(xù)鹽霧測試，結(jié)果見表3，鹽霧箱采用紅釤60精密型鹽霧試驗機。

表3 中性鹽霧測試

從表3可以看出，二級球磨機合金片與石墨烯復(fù)合中，石墨烯的添加比例0.5-1.5%效果最佳，相同涂料配方鹽霧時間最長。

實施例2

本實施例的一種鋅鋁合金-石墨烯復(fù)合粉體材料生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

將球形鋅鋁合金粉與聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、硬脂酸混合送入到一級球磨機中在惰性氣體保護下進行球磨壓延，球形鋅鋁合金粉平均粒徑D50為30 ，D100＜150 ，合金中鋅含量75%，鋁含量25%。聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、硬脂酸混合比例為1.5：5.5：3，按球形鋅鋁合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加量為1-5%，一級球磨機尺寸為直徑1.8米*長度2.8米；合金粉壓延至40-60納米厚的鱗片狀結(jié)構(gòu)時將其輸送至二級球磨機中依次加入少層石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮進行復(fù)合，二級球磨機按合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次加入聚乙烯吡咯烷酮、少層石墨烯重量比例為3：7，石墨烯按鋅鋁合金粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加量為0.3-2%，二級球磨機尺寸為直徑0.5米*長度5米。一級球磨機中球磨壓延介質(zhì)不銹鋼鋼球，直徑為10-20mm；二級球磨機中球磨復(fù)合介質(zhì)，氧化鋁陶瓷球直徑為0.1-0.3mm。一級球磨機球磨壓延溫度為30-40℃，35-45轉(zhuǎn)/分鐘，球磨壓延時間為70-80小時；球磨機中氣氛氧含量控制在0.3-0.8體積%之間，氮氣保護壓力為20-30KPa。二級球磨機球磨復(fù)合溫度為40-50℃，球磨復(fù)合轉(zhuǎn)速為15-20轉(zhuǎn)/分鐘，球磨復(fù)合時間為60-70小時；球磨機中氣氛氧含量控制在0.3-0.8體積%之間，氮氣保護壓力為15-25KPa。

實施例3

與實施例1相同，只是改變一級球磨機對球型鋅鋁合金粉球磨壓延的溫度，結(jié)果如圖1所示，一級球磨機球磨壓延溫度控制非常重要，一級球磨機球磨壓延溫度為30-40℃效果最佳。

實施例4

與實施例1相同，只是改變一級球磨機對球型鋅鋁合金粉球磨壓延的壓力，結(jié)果如圖2所示，一級球磨機球磨壓延氮氣保護壓力為20-30KPa時，效果最佳。

實施例5

與實施例1相同，添加0.9%的石墨烯對壓延好的合金片進行復(fù)合，只是改變二級球磨復(fù)合的溫度，對不同溫度復(fù)合試驗所取得不同樣品進行測試，采用中石化E-51透明環(huán)氧樹脂作為粘合劑，復(fù)合粉體按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加30%分散3小時，分散均勻后加入固化劑和用稀釋劑（無水乙醇或醋酸乙酯或醋酸丁酯）調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)恼扯葘娚疤幚淼匿摪褰y(tǒng)一涂裝20um厚（干漆膜厚度），烘干處理后對樣板進行劃叉破損處理完同時放入鹽霧箱進行連續(xù)鹽霧測試。結(jié)果如圖3所示，二級球磨機球磨復(fù)合溫度為40-50℃時，效果最佳。

以上實施例1-5可以看出，本方法制備的鱗片狀鋅鋁合金規(guī)格容易控制，能獲得較高的鱗片比表面積和徑厚比，加入石墨烯進行復(fù)合后，使材料具備了更好的屏蔽性和導(dǎo)電性；鋅鋁合金既具有Zn層對鋼鐵基體有效的陽極保護作用，又因含有足夠的Al，能夠形成完整的Al 2O 3保護膜而提高其耐腐蝕性能，再加上石墨烯的屏蔽性和導(dǎo)電性，使其擁有更好的防腐性能。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的有限幾種優(yōu)選實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。