本發(fā)明涉及防氫脆涂層，尤其涉及一種防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著氫能源技術(shù)的快速發(fā)展，儲氫設(shè)備和運氫管道作為氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其材料性能直接關(guān)系到氫能系統(tǒng)的安全性和效率。然而，傳統(tǒng)金屬材料在高壓氫氣環(huán)境中容易發(fā)生氫脆現(xiàn)象，即氫原子滲入材料內(nèi)部并在應(yīng)力作用下聚集，導致材料韌性下降、產(chǎn)生微裂紋甚至發(fā)生斷裂。氫脆問題嚴重影響了儲氫設(shè)備和運氫管道的使用壽命和安全性，成為制約氫能技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸之一。

2、為了解決氫脆問題，研究人員開始探索新型抗氫脆材料。陶瓷材料因其高硬度、耐腐蝕性和化學穩(wěn)定性，被認為是潛在的替代材料。然而，傳統(tǒng)陶瓷材料脆性大、抗沖擊性能差，難以滿足儲氫設(shè)備和運氫管道對材料韌性和強度的要求。近年來，納米陶瓷材料因其獨特的力學性能和微觀結(jié)構(gòu)可調(diào)控性受到廣泛關(guān)注。通過引入納米顆粒，有望改善陶瓷材料的韌性和抗裂性能，但其在高壓氫氣環(huán)境中的長期穩(wěn)定性仍需進一步提升。

3、石墨烯作為一種二維碳納米材料，具有優(yōu)異的理化性能。但其與陶瓷的結(jié)合問題，如何相互作用以及其在漿料中的分散均勻性仍然是技術(shù)難點。此外，針對儲氫設(shè)備和運氫管道的特殊應(yīng)用場景，如何實現(xiàn)石墨烯復合納米陶瓷漿料的高效制備和規(guī)?；瘧?yīng)用，仍需進一步研究。

4、因此，如何提供一種防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料及其制備方法與應(yīng)用，優(yōu)化石墨烯與陶瓷基體的界面結(jié)合，改善漿料的分散性和穩(wěn)定性，得到具有優(yōu)異抗氫脆性能、高強度和耐腐蝕性的涂層材料，從而提升儲氫設(shè)備和運氫管道的安全性和使用壽命是本領(lǐng)域亟待解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料及其制備方法與應(yīng)用，以避免儲氫材料發(fā)生氫脆，提高儲氫設(shè)備的安全性和使用壽命。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料，由包括如下質(zhì)量份數(shù)的原料制備得到：

4、5～15份石墨烯、8～12份氧化鋁、2～5份氧化鋯、2～5份氮化硼、0.01～1份氧化釔、0.01～1份氧化鈰、0.1～1份鉻酸鹽、0.1～1份鉬酸鹽、10～25份環(huán)氧樹脂、5～20份聚氨酯、1～10份磁電離子復合劑、0.1～1.5份潤濕劑、0.1～0.5份水性成膜助劑、0.2～0.4份水性納米分散劑、0.2～4份復合偶聯(lián)劑、0.2～0.5份水性穩(wěn)定劑、150～300份水。

5、優(yōu)選的，所述氧化鋁、氧化鋯、氮化硼、氧化釔和氧化鈰的粒徑獨立的為1～300nm。

6、優(yōu)選的，所述鉻酸鹽包括鉻酸鈉和/或鉻酸鉀，所述鉬酸鹽包括鉬酸鈉、鉬酸鉀和鉬酸鋅中的一種或幾種。

7、優(yōu)選的，所述環(huán)氧樹脂包括雙酚a型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂中的一種或幾種；

8、所述聚氨酯包括脂肪族聚氨酯、芳香族聚氨酯和水性聚氨酯中的一種或幾種。

9、優(yōu)選的，所述磁電離子復合劑包括[bmim]fecl4、[bpy]fecl4、[bmp]fecl4和[pbmim](fecl4)2中的一種或幾種。

10、優(yōu)選的，所述潤濕劑包括碳脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或幾種；

11、所述水性成膜助劑texanol、coasol、nexcoat795、lusolvanfbh、dal-padc、eeh、oe400、fx511和醇酯12中的一種或幾種；

12、所述水性納米分散劑包括聚丙烯酸鈉和/或聚丙烯酸銨；

13、所述復合偶聯(lián)劑包括鋁鋯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種或幾種；

14、所述水性穩(wěn)定劑包括silresmp50e和/或hd-020。

15、本發(fā)明的另一目的是提供一種防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料的制備方法，包括如下步驟：

16、1)將石墨烯、氧化鋁、氧化鋯、氮化硼、氧化釔、氧化鈰、鉻酸鹽、鉬酸鹽、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、水性納米分散劑、磁電離子復合劑、復合偶聯(lián)劑和水混合，進行熟化，得到熟化液；

17、2)將熟化液研磨分散，加入潤濕劑、水性成膜助劑、水性穩(wěn)定劑混合，得到防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料。

18、優(yōu)選的，步驟1)中所述熟化的溫度為20～80℃；熟化的時間為2～48h；

19、步驟2)中所述研磨分散后的粒徑為0.05～1μm；所述混合的時間為2～48h。

20、本發(fā)明的再一目的是提供一種防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料作為防氫脆涂層的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括如下步驟：

21、s1：將待處理工件進行磁化預處理，得到預處理工件；

22、s2：在匹配磁場控制的條件下，將預處理工件在防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料中進行液相納米沉積，得到第一處理工件；

23、s3：在匹配磁場控制的條件下，將第一處理工件在循環(huán)液中進行除雜處理，得到磁場受控的第二處理工件；

24、s4：在匹配磁場控制的條件下，將第二處理工件進行再排列致密化處理，得到第三處理工件；

25、s5：在常壓加溫和匹配磁場控制的條件下，通入保護氣氛，利用防氫脆的石墨烯復合納米陶瓷漿料將第三處理工件進行氣相納米沉積，得到帶有防氫脆涂層的工件。

26、優(yōu)選的，所述待處理工件包括儲氫罐或運氫管道；

27、步驟s1中所述磁化預處理的充磁電壓為300～1000v，充磁時間為4～10s；

28、步驟s2中所述匹配磁場的磁場力為50～1000n，時間為1～5h；

29、步驟s3中所述匹配磁場的磁場力為50～1000n，時間為0.1～1h；所述循環(huán)液為水；

30、步驟s4中所述匹配磁場的磁場力為50～1000n，時間為0.1～1h；所述加溫的溫度為45～280℃；

31、步驟s5中所述匹配磁場的磁場力為0.8～7200n，時間為0.1～1h；所述加溫的溫度為45～280℃。

32、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

33、1、本發(fā)明公開的石墨烯復合納米陶瓷漿料中，石墨烯具備高強度、高導電性和化學穩(wěn)定性，能有效阻隔氫原子滲透，減少氫脆風險；氧化鋁、氧化鋯能增強涂層的阻隔性和耐腐蝕性，氮化硼可以增強機械性能和阻隔性；鉻酸鹽和鉬酸鹽能減緩氫滲透和腐蝕；氧化釔和氧化鈰可改善涂層的耐腐蝕性和機械性能，氧化釔還能夠穩(wěn)定氧化鋯，提高涂層的抗氫脆性能和穩(wěn)定性。另外，石墨烯還能夠與上述陶瓷組分相互包覆，形成化學性質(zhì)穩(wěn)定致密涂層，有效防止氫原子滲透；

34、環(huán)氧樹脂和聚氨酯具有附著力強、耐腐蝕性好、穩(wěn)定性高和低氫滲透率的特點，兩者同時使用還具有較好的柔韌性，能夠適應(yīng)基材形變，防止涂層開裂，提升防氫脆效果，適用于儲氫罐和管道涂層；環(huán)氧樹脂和聚氨酯與石墨烯和陶瓷材料同樣存在復配作用，相配合能夠得到耐磨性和機械強度等性能優(yōu)異的涂層，基于樹脂包裹作用還能實現(xiàn)緩釋防腐組分，延長防腐蝕效果。

35、2、本發(fā)明基于納米沉積涂層工藝技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)涂層離子級致密，避免氫的滲透，提高防氫脆效果。

36、3、本發(fā)明處理后的工件具有優(yōu)異的防氫脆性能，具有使用壽命長的優(yōu)勢；另外，本發(fā)明制備的防氫脆涂層的表面電阻為105～108之間，應(yīng)用于儲氫管道時，能夠避免靜電累積，防止起火或爆炸。