石墨烯环氧涂层的耐磨耐蚀性能研究

     轮船、海底管道、港口码头和石油平台等海工构建物在服役过程中，金属基体主要采用重防腐涂层和外加电流进行保护。外涂覆涂层不仅会遭受海水腐蚀和大气腐蚀，同时在浪花飞溅区和全浸区，海水摩擦和干摩擦也会大大影响涂层的防护性能，这就要求涂层不仅有良好的耐蚀性能，同时具备耐磨减摩能。重防腐涂料主要采用环氧涂层和聚氨酯涂层，对涂料进行掺杂改性(引入缓蚀剂或者固体润滑相)，可以制备各种功能化涂层。

 

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜碳材料。这种理论厚度只有0.34nm的单层碳纳米材料，内部碳原子之间连接柔韧，当施加外力时，碳原子面会弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定.因此，石墨烯具有独特的晶体结构和特殊的自润滑特性，将其作为防护材料和固体润滑添加剂会表现出良好的耐磨耐蚀性能。Vesna和Dong课题组采用化学气相沉积法(CVD)在金属铜表面沉积生长石墨烯薄膜，利用交流阻抗谱技术评价石墨烯薄膜对铜基底在3.5%NaCl溶液中的防护效果，发现短期内石墨烯可以明显提高铜的耐蚀能力，并且多层石墨烯的防护效果优于单层石墨烯，但石墨烯薄膜的防护性能随着浸泡时间的延长而降低.Prasai等研究发现石墨烯可以明显提高铜的自腐蚀电位，石墨烯薄膜的失效主要起源于其薄膜裂纹处，这是由于薄膜制备方法缺陷所引起。Merisalu等采用聚吡咯来密封CVD法制备石墨烯薄膜中的缺陷，并在盐水浸泡和老化试验中，均发现这种复合涂层可以提高石墨烯薄膜的防护能力。为了充分利用石墨烯在防腐领域的优异性能，腐蚀防护学者尝试将石墨烯作为腐蚀抑制剂，直接将层状石墨烯粉体均匀分散到有机树脂中来制备重防腐涂层，以期提高涂层的防护效果.例如:华东理工大学周兴贵课题组以十六胺做分散剂对氧化石墨烯进行接枝改性，采用化学法还原形成石墨烯，然后将石墨烯分散到环氧涂层中制备抗静电涂层，发现所制备石墨烯涂层的导电渗滤阀值为0.5%。于欢将石墨烯作为分散剂分散光催化材料纳米TiO₂，并将复合石墨烯/TiO₂材料添加到水性聚氨酯涂层制备海洋防污涂层，发现石墨烯质量分数为5%石墨烯/TiO2改性水性聚氨酯涂层的耐生物附着性能最好，并且具有良好耐水性和优异的力学性能.乔玉林等发现在水性分散溶液中，石墨烯可以在磨损表面形成吸附减摩层和摩擦化学反应膜，两者具有协同作用，能够有效减缓摩擦磨损。石墨烯的层数和表面形貌对其耐磨性能有一定影响，其摩擦力及摩擦系数随着层数的增加而减小。

 

到目前为止，有关石墨烯掺杂改性水性环氧涂层耐磨耐蚀性能的研究鲜有报道.为了得到分散良好的层状石墨烯，本研究中采用聚丙烯酸钠为石墨烯分散剂，辅助超声分散制备性能稳定的石墨烯分散液，然后掺杂到双组份水性环氧树脂制备石墨烯基环氧固体润滑涂层.采用电化学工作站和盐雾试验评价石墨烯涂层在模拟海水中的电化学腐蚀行为;采用摩擦磨损试验机评价不同含量的石墨烯基环氧涂层在干摩擦和海水环境条件下的滑动摩擦磨损性能，并详细分析磨痕形貌和探讨磨损机理.本研究对石墨烯基环氧涂层在海水环境中的耐磨耐蚀性能研究，有一定的指导作用。

 

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