一种在钢铁材料表面快速制备C3N4涂层的方法

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种快速制备C

背景技术

不锈钢因其优异的耐腐蚀性成为能源、化工、核电、船舶工程和医疗中最常用的材料之一。然而随着社会的发展和科技的进步，越来越多的工业产品和高端零部件都需要更好的耐磨性和硬度，而表面改性是提高不锈钢耐磨性和硬度的有效方法。现有的研究中g-C

发明内容

本发明为了解决现有的电化学沉积在不锈钢表面制备C

本发明在钢铁材料表面快速制备C

一、将钢铁材料进行切割、打磨和抛光预处理之后，依次使用丙酮、酒精和去离子水进行超声预清洗，以清洁表面，得到预处理钢铁材料；

二、将石墨电极和预处理钢铁材料置于反应容器内，将石墨电极与电源正极相连，预处理钢铁材料与电源负极相连，石墨电极和预处理钢铁材料平行放置；

所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm-15mm；

三、向反应容器中加入电解液至液面高于石墨电极和预处理钢铁材料；

所述电解液由有机物、电解质和去离子水制备而成；所述有机物为N-N二甲基甲酰胺；所述电解质为KCl或NaCl；

所述电解液中有机物的体积分数为40％～60％，电解质的质量分数为0.5％～1％；

四、打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为200V～250V，进行C

本发明原理及有益效果为：

本发明通过两电极之间施加直流电压，使钢铁材料在所配制的N-N二甲基甲酰胺(DMF)和氯化物盐溶液中生成C

(1)在外加电压的作用下DMF分子转化成带有能量的能量分子：

(2)在电极之间施加电位，使钢铁材料表面活化，成为活化反应点，生成的能量分子在活化反应点吸附成为活化分子：

(3)活化分子在钢铁材料表面发生反应生成C

在反应过程中，首先是溶液中的DMF分子在外加电压的作用下发生了极化，使DMF分子的电子分布发生了改变，变为带有能量的能量分子；随后试样钢铁材料表面产生活化点，能量分子吸附在钢铁材料表面的活化点上，在反应的活化点形成高反应活性的活化分子；最后这些高反应活性的活化分子在后续的反应中转变为C

本发明在钢铁材料表面制备的C

本发明与现有的电化学沉积法制备C

附图说明

图1是实施例2制备的C

图2是实施例2和3中制备的C

图3是实施例2制备的C

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。

具体实施方式一：本实施方式在钢铁材料表面快速制备C

一、将钢铁材料进行切割、打磨和抛光预处理之后，依次使用丙酮、酒精和去离子水进行超声预清洗，以清洁表面，得到预处理钢铁材料；

二、将石墨电极和预处理钢铁材料置于反应容器内，将石墨电极与电源正极相连，预处理钢铁材料与电源负极相连，石墨电极和预处理钢铁材料平行放置；

所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm-15mm；

三、向反应容器中加入电解液至液面高于石墨电极和预处理钢铁材料；

所述电解液由有机物、电解质和去离子水制备而成；所述有机物为N-N二甲基甲酰胺；所述电解质为KCl或NaCl；

所述电解液中有机物的体积分数为40％～60％，电解质的质量分数为0.5％～1％；

四、打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为200V～250V，进行C

本实施方式具备以下有益效果：

本实施方式在钢铁材料表面制备的C

本实施方式与现有的电化学沉积法制备C

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述钢铁材料为不锈钢。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述钢铁材料的形状为圆柱形，长方形或圆片。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述打磨采用不低于800#砂纸。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二所述预处理钢铁材料与电源负极相连时采用不锈钢夹具。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三所述反应容器材质为石英、亚克力或玻璃。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三所述电解液中有机物的体积分数为50％，电解质的质量分数为0.6％。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四所述冷却装置为冷却槽。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为220V，进行C

实施例1：

本实施例在钢铁材料表面快速制备C

一、将钢铁材料进行切割、打磨和抛光预处理之后，依次使用丙酮、酒精和去离子水进行超声预清洗，以清洁表面，得到预处理钢铁材料；

所述钢铁材料为304不锈钢，为长方形；

所述打磨采用不低于800#砂纸；

二、将石墨电极和预处理钢铁材料置于反应容器内，将石墨电极与电源正极相连，预处理钢铁材料与电源负极相连，石墨电极和预处理钢铁材料平行放置；

所述预处理钢铁材料与电源负极相连时采用不锈钢夹具；

所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm；

三、向反应容器中加入电解液至液面高于石墨电极和预处理钢铁材料；

所述电解液由有机物、电解质和去离子水制备而成；所述有机物为N-N二甲基甲酰胺；所述电解质为KCl；

所述电解液中有机物的体积分数为60％，电解质的质量分数为1％；

所述反应容器材质为石英；

四、打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为220V，进行C

本实施例成功在不锈钢表面获得C

实施例2：

本实施例在钢铁材料表面快速制备C

一、将钢铁材料进行切割、打磨和抛光预处理之后，依次使用丙酮、酒精和去离子水进行超声预清洗，每次超声5min，以清洁表面，得到预处理钢铁材料；

所述钢铁材料为304不锈钢；钢铁材料的形状为圆柱形，高度为2mm，直径为22mm；

所述打磨采用不低于800#砂纸；

二、将石墨电极和预处理钢铁材料置于反应容器内，将石墨电极与电源正极相连，预处理钢铁材料与电源负极相连，石墨电极和预处理钢铁材料平行放置；

所述预处理钢铁材料与电源负极相连时采用不锈钢夹具；

所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm；

三、向反应容器中加入电解液至液面高于石墨电极和预处理钢铁材料；

所述电解液由有机物、电解质和去离子水制备而成；所述有机物为N-N二甲基甲酰胺；所述电解质为KCl；

所述电解液中有机物的体积分数为50％，电解质的质量分数为0.6％；

所述反应容器材质为玻璃；

四、打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为220V，进行C

所述冷却装置为冷却槽。

图1是实施例2制备的C

实施例3：

本实施例在钢铁材料表面快速制备C

一、将钢铁材料进行切割、打磨和抛光预处理之后，依次使用丙酮、酒精和去离子水进行超声预清洗，每次超声5min，以清洁表面，得到预处理钢铁材料；

所述钢铁材料为304不锈钢；钢铁材料的形状为圆柱形，高度为2mm，直径为22mm；所述打磨采用不低于800#砂纸；

二、将石墨电极和预处理钢铁材料置于反应容器内，将石墨电极与电源正极相连，预处理钢铁材料与电源负极相连，石墨电极和预处理钢铁材料平行放置；

所述预处理钢铁材料与电源负极相连时采用不锈钢夹具；

所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm；

三、向反应容器中加入电解液至液面高于石墨电极和预处理钢铁材料；

所述电解液由有机物、电解质和去离子水制备而成；所述有机物为N-N二甲基甲酰胺；所述电解质为KCl；

所述电解液中有机物的体积分数为40％，电解质的质量分数为0.6％；

所述反应容器材质为玻璃；

四、打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为220V，进行C

所述冷却装置为冷却槽。

图2是实施例3中制备的C

实施例4：

本实施例在钢铁材料表面快速制备C

一、将钢铁材料进行切割、打磨和抛光预处理之后，依次使用丙酮、酒精和去离子水进行超声预清洗，每次超声5min，以清洁表面，得到预处理钢铁材料；

所述钢铁材料为304不锈钢；钢铁材料的形状为圆柱形，高度为2mm，直径为22mm；

所述打磨采用不低于800#砂纸；

二、将石墨电极和预处理钢铁材料置于反应容器内，将石墨电极与电源正极相连，预处理钢铁材料与电源负极相连，石墨电极和预处理钢铁材料平行放置；

所述预处理钢铁材料与电源负极相连时采用不锈钢夹具；

所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm；

三、向反应容器中加入电解液至液面高于石墨电极和预处理钢铁材料；

所述电解液由有机物、电解质和去离子水制备而成；所述有机物为N-N二甲基甲酰胺；所述电解质为KCl；

所述电解液中有机物的体积分数为60％，电解质的质量分数为0.6％；

所述反应容器材质为玻璃；

四、打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为220V，进行C

所述冷却装置为冷却槽。

实施例4制备的C

实施例5：

本实施例在钢铁材料表面快速制备C

一、将钢铁材料进行切割、打磨和抛光预处理之后，依次使用丙酮、酒精和去离子水进行超声预清洗，每次超声5min，以清洁表面，得到预处理钢铁材料；

所述钢铁材料为304不锈钢；钢铁材料的形状为圆柱形，高度为2mm，直径为22mm；

所述打磨采用不低于800#砂纸；

二、将石墨电极和预处理钢铁材料置于反应容器内，将石墨电极与电源正极相连，预处理钢铁材料与电源负极相连，石墨电极和预处理钢铁材料平行放置；

所述预处理钢铁材料与电源负极相连时采用不锈钢夹具；

所述石墨电极和预处理钢铁材料间的间距为10mm；

三、向反应容器中加入电解液至液面高于石墨电极和预处理钢铁材料；

所述电解液由有机物、电解质和去离子水制备而成；所述有机物为N-N二甲基甲酰胺；所述电解质为KCl；

所述电解液中有机物的体积分数为60％，电解质的质量分数为0.6％；

所述反应容器材质为玻璃；

四、打开冷却装置和磁力搅拌装置，同时启动直流电源并设置电压为250V，进行C

所述冷却装置为冷却槽。

实施例5制备的C