铜合金表面的石墨烯/环氧复合涂层

铜及其合金因其优异的机械加工性、高导电性和抗疲劳性而被广泛用作能量转换、电气工程以及机械设备中的结构材料。然而，铜及其合金在潮湿环境中极易受到腐蚀，同时铜的低硬度和低耐磨性也限制了其作为运动部件在摩擦领域的使用。通过铜基复合材料或特种铜合金的制备可以提高铜及其合金的耐腐蚀性和耐磨性。或者通过不同的表面涂层策略克服铜部件的腐蚀和磨损问题，延长涂层的使用寿命，从而降低总成本。

目前针对铜及其合金表面所采取的防腐耐磨涂层的方法主要包括热喷涂、电化学法、有机涂层等。有机涂层已被证明是一种有效且经济的解决方案，其中环氧树脂因其强黏附性、耐化学性和高力学强度而被广泛应用。然而纯环氧涂层耐腐蚀性较差且摩擦系数高，限制了其在耐腐蚀及摩擦领域的应用。通过碳纳米管、纳米SiO2等粒子的改性可有效改善环氧涂层的耐腐蚀性。而石墨、MoS2、聚四氟乙烯（PTFE）的加入可有效改善环氧涂层的摩擦学性能。

                                                      图 铜板和不同浓度石墨烯涂层盐水浸泡后效果

大量研究表明，石墨烯基涂层是金属优异的防腐蚀屏障。研究发现，含有0.7%石墨烯基添加剂的环氧涂层的杨氏模量和热稳定性显著提高（分别提高 213% 和 73 ℃）。电化学和NaCl溶液浸泡腐蚀实验表明，石墨烯环氧复合涂层比环氧树脂涂层具有更好的耐腐蚀性。

相较于纯环氧涂层，石墨烯的引入显著增强了涂层的耐腐蚀性与耐磨性并且较高含量的石墨烯显示出更为优异的性能。当石墨烯含量为涂料质量分数的3%时，涂层的腐蚀电流密度低至4.29×10^-10 A/cm²，较纯环氧涂层可降低 5 个数量级，此外涂层的摩擦系数与磨损率可分别降低50%和91.6%。研究结果表明，适量的石墨烯可以提高环氧涂层的阻隔性能，并阻止腐蚀介质渗透到涂层和基材之间的界面，同时层状石墨烯在摩擦过程中形成了连续的转移膜从而显著降低了复合涂层的磨损率。

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