新材料及其应用

本发明公开了一种锌系防腐电解磷化液及其制备方法；以质量份数计，其原料配方组分包括：Zn2+1-10份；PO43-10-50份；功能化氧化石墨烯***份；pH调节剂5-15份；水1000份。功能化氧化石墨烯的制备：将氧化石墨烯分散于无水乙醇中，与硅烷偶联剂升温回流反应，抽滤洗涤后分散于去离子水中得到分散液；将所得分散液，阳离子单体，引发剂，去离子水投入反应釜，升温反应，抽滤洗涤后将分散于去离子水中，得产物。本发明制备的电解磷化液在不使用表面活性剂和稳定剂的情况下很好地解决氧化石墨烯在电解磷化液中的分散性问题，电解磷化液制备过程无毒无害，工艺简单，方便可控，利于实现工业化。

金属腐蚀是金属材料受周围环境中空气与水等介质的作用，在金属的界面上发生化学或电化学反应，使金属转为氧化(离子)状态，从而使金属材料的性能下降。金属腐蚀会造成巨大的损失，我国每年由于腐蚀造成的损失约占亿元左右。长期以来，人们一直采用多种技术，减缓腐蚀发生的速度。

当前，最主要的防腐手段就是对金属表面进行处理，使金属表面钝化或形成物理屏蔽作用来达到防腐的效果。磷化处理就是常见且实用的一种方法，磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐涂层的过程，所形成的磷酸盐涂层称为磷化膜。金属材料经过磷化处理后会在表面形成一层致密的磷化膜，能够有效地提高金属材料的耐腐蚀性能；还可用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力和防腐蚀能力。传统的磷化工艺为：脱脂-水洗-除锈-水洗-表面调整-磷化-水洗-干燥，过程繁琐复杂，而且磷化膜的成膜原理决定了常规磷化处理过程中会存在处理工艺麻烦，生成磷酸盐膜的速度较慢甚至不能成膜。使用电解磷化工艺，通过电化学方法，在金属工件表面形成磷化膜，该工艺操作简单，方便可控，并且能够在短时间内快速成膜。

本发明与传统磷化技术相比，有益效果如下：

(1)本发明首次制备了能够在酸性的磷化液中能够稳定分散的功能化氧化石墨烯，不需要使用分散剂和稳定剂，做到环保、无毒。

(2)本发明将功能化氧化石墨烯(FGO)作为分散于磷化液中，功能化氧化石墨烯(FGO)与磷酸盐共同沉积到金属工件的表面，形成一层致密的磷化膜。功能化氧化石墨烯(FGO)的片层结构，使其能够高效填充磷酸盐膜表面的微观孔洞，从而阻隔腐蚀介质渗入到金属工件表面，抑制电化学腐蚀的发生，大大提高金属工件的防腐性能。

(3)本发明在制备锌系防腐电解磷化液的过程中，把功能化氧化石墨烯作为防腐材料，未加入其他有毒防腐蚀填料以及分散剂和稳定剂，在磷化膜使用后期处理三废上大大降低了成本，而且磷化液中不含有害的镍和铬等金属离子，在使用过程前后均不会危害人体健康和破坏生态环境。

(4)本发明锌系防腐电解磷化液电化学磷化方法采用的是阴极电镀，即在电场的作用下，将工件作为阴极进行电解磷化共沉积得到功能化氧化石墨烯(FGO)和磷酸盐膜的防腐蚀涂层。通过电解磷化，能够快速高效得到具备表面致密光滑、耐刮擦、高附着力、耐老化等优良性能的磷化膜。而且金属工件在磷化液中作为阴极进行电解磷化时，不需要高温，耗时短，使反应集中于工件表面，阻止磷化成膜以外的反应发生，减少磷化渣的产生，可以高效快速制备磷化膜。

(5)在不使用表面活性剂和稳定剂的情况下很好地解决氧化石墨烯在电解磷化液中的分散性问题，从而该电解磷化液制备过程无毒无害，工艺简单，方便可控，利于实现工业化。传统磷化工艺是通过加入溶液和加入化学物质来提高反应速度，这样的处理影响整个反应溶液，不可避免地导致其他磷化成膜以外的反应发生，产生磷化渣，工艺耗时且需要相对较高的温度，如90℃-98℃，这是一个巨大的能源损耗。

(6)本发明所述的制备功能化氧化石墨烯过程，制备锌系防腐电解磷化液的过程均无需复杂设备，功能化氧化石墨烯和磷酸盐复合磷化膜的制备过程步骤简单，操作方便，适合大规模的工业化生产。