一种金属网表面的碳化方法
阅读说明：本技术 一种金属网表面的碳化方法 (Carbonization method for metal mesh surface ) 是由 毕恒昌 王淑英 吴幸 蔡春华 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种金属网表面的碳化方法,涉及金属表面处理技术领域。本发明提供的方法包括以下步骤：将金属网浸泡在食用油有机溶液中,取出后自然晾干,进行煅烧,得到碳包覆金属网。本发明以食用油作为碳源,通过煅烧,食用油中的含氧官能团分解,只剩下碳,得到碳包覆金属网,其表面耐磨、耐腐蚀,可以作为高分子材料的基底材料与高分子材料牢固复合,该制备方法安全简单、工艺绿色环保、成本低廉。(The invention provides a method for carbonizing a metal net surface, and relates to the technical field of metal surface treatment. The method provided by the invention comprises the following steps: and soaking the metal net in an edible oil organic solution, taking out, naturally airing, and calcining to obtain the carbon-coated metal net. According to the invention, the edible oil is used as a carbon source, and the oxygen-containing functional groups in the edible oil are decomposed by calcining, so that only carbon is left, and the carbon-coated metal mesh is obtained, has wear-resistant and corrosion-resistant surface, can be used as a substrate material of a high polymer material and is firmly compounded with the high polymer material, and the preparation method is safe and simple, green and environment-friendly in process and low in cost.)
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种金属网表面的碳化方法。
背景技术
金属表面改性有很多种方法，如氧化、电镀、化学气相沉积、物理气相沉积、热喷涂、浸渍法等，通过各种方法的改性使得金属获得相应的特性，从而达到使用要求。其中有一种对金属表面进行碳化处理的方法，将碳化物与结合剂混合后涂覆在金属表面，并通过钎焊加固，可以在金属表面覆盖一层特殊的碳层，提高金属的耐磨性和耐腐蚀性，并且可以与高分子材料进行复合反应，增加其应用范围。
常规的碳化方法有利用甲烷气体进行CVD气相沉积，或者将碳粉、活性炭与金属表面接触后高温处理。但这些方法均存在一些问题，比如：反应温度很高、甲烷气体使用存在安全风险、生产成本高昂、产生的废气较多，工艺方法复杂等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属网表面的碳化方法，本发明提供的方法安全简单、成本低廉、环保无污染，通过在金属网表面进行碳化处理，得到一种耐磨、耐腐蚀的具有特殊碳化涂层的金属网，可作为高分子材料复合的基底材料。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种金属网表面的碳化方法，包括以下步骤：
将金属网浸泡在食用油有机溶液中，取出后自然晾干，进行煅烧，得到碳包覆金属网。
优选地，所述食用油有机溶液中的食用油包括大豆油、花生油和玉米油、菜籽油、橄榄油、葵花籽油中的一种或几种。
优选地，所述食用油有机溶液中的有机溶剂包括甲醇、乙醇、己烷和庚烷中的至少一种。
优选地，所述食用油有机溶液中食用油的质量分数为5～95％。
优选地，所述浸泡的时间为10～600秒，温度为室温。
优选地，所述煅烧的温度为300～1000℃；保温时间为1～4h。
优选地，由室温升至所述煅烧的温度的升温速率为5～10℃/min。
优选地，所述煅烧在保护性气氛条件下进行。
优选地，所述碳包覆金属网的碳层厚度为500nm～5μm。
优选地，所述碳包覆金属网的碳层由微碳颗粒组成。
本发明提供了一种金属网表面的碳化方法，包括以下步骤：将金属网浸泡在食用油有机溶液中，取出后自然晾干，进行煅烧，得到碳包覆金属网。本发明以食用油作为碳源，通过煅烧，食用油中的含氧官能团分解，只剩下碳，得到碳包覆金属网，其表面耐磨、耐腐蚀，可以作为高分子材料的基底材料与高分子材料牢固复合，该制备方法安全简单、工艺绿色环保、成本低廉。
附图说明
图1为实施例1制备的碳包覆金属网的扫描电镜图；
图2为实施例1制备的碳包覆金属网进行耐磨损实验结果图；
图3为实施例1制备的碳包覆金属网进行耐酸碱腐蚀实验结果图；
图4为对比例的金属网进行耐酸碱腐蚀实验结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种金属网表面的碳化方法，包括以下步骤：
将金属网浸泡在食用油有机溶液中，取出后自然晾干，进行煅烧，得到碳包覆金属网。
本发明对所述金属网的结构和组分没有特殊要求，本领域技术人员所熟悉的金属网均适用于本发明。在本发明的具体实施例中，所述金属网为不锈钢网、铜网或镍网。
在本发明中，所述金属网在进行浸泡前，优选还包括预处理。在本发明中，所述预处理的方法优选包括：将金属网依次进行酸洗、水洗和干燥。在本发明中，所述酸洗用洗液优选为稀盐酸，所述稀盐酸的质量浓度优选为5％；所述酸洗的方式优选为浸泡10min。本发明对所述水洗和干燥的具体工艺没有特殊要求，能够将酸洗用洗液清洗干净，充分干燥即可。
在本发明中，所述食用油有机溶液的制备方法优选包括：将食用油和有机溶剂混合，得到食用油有机溶液。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行。
在本发明中，所述食用油有机溶液中的食用油优选包括大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油、葵花籽油和玉米油中的一种或几种；当所述食用油包括多种组分时，本发明对各组分的配比没有特殊要求，任意配比均可。在本发明中，所述食用油有机溶液中食用油的质量分数优选为5～95％，更优选为10～90％，具体优选为30％、50％、60％、80％、90％。
在本发明中，所述食用油有机溶液中的有机溶剂优选包括甲醇、乙醇、己烷和庚烷中的至少一种；当所述有机溶剂包括多种组分时，本发明对所述各组分的配比没有特殊要求，任意配比均可。在本发明的具体实施例中，当所述有机溶剂为乙醇和庚烷时，乙醇和庚烷的质量比优选为1：1；当所述有机溶剂为甲醇和己烷时，甲醇和己烷的质量比为1：3。
在本发明中，所述金属网浸泡在食用油有机溶液中的时间优选为10～600秒，更优选为15～50秒，进一步优选为20～35秒；温度优选为室温。
在本发明中，所述自然晾干优选为在室温、通风条件下自然晾干。本发明通过自然晾干，使有机溶剂充分挥发，食用油充分包覆在金属网的表面。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为300～1000℃，更优选为450～900℃，进一步优选为600～800℃；保温时间优选为1～4h，更优选为1.5～3h，进一步优选为2～3h。本发明在所述煅烧过程中，食用油中的含氧官能团分解，只剩下碳，得到碳包覆金属网。
在本发明中，由室温升至所述煅烧的温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为6～8℃/min，进一步优选为6.5～7℃/min。本发明控制该升温速率能够逐步分解食用油，避免气体的剧烈产生而破坏碳层的均匀性。
在本发明中，所述煅烧优选在保护性气氛条件下进行，更优选为氮气气氛或氩气气氛。
在本发明中，所述碳包覆金属网的碳层厚度优选为500nm～5μm，更优选为800nm～2μm。本发明通过控制食用油有机溶液的质量分数控制碳层的厚度，将厚度控制在上述范围，既有利于金属网碳层的包覆，同时又不影响原金属网网孔尺寸。
在本发明中，所述碳包覆金属网的碳层优选由微碳颗粒组成，具有更好的耐磨性和耐腐蚀性，能够提高金属网的表面机械强度；同时金属网上的碳层也可以跟高分子有机物结合紧密，作为高分子复合材料固载的基底材料。
现有的产品中，将碳包覆在金属表面大多是利用甲烷CVD法、活性炭高温固化等方法，这些方法存在制备方法复杂、污染环境、成本高昂、稳定性差、危险性较高等问题。本发明制备的碳包覆金属网其表面耐磨、耐腐蚀，并且可以作为高分子材料的基底材料与之牢固复合，该制备方法安全简单、工艺绿色环保、成本低廉，在金属表面特殊碳化处理技术领域有很好的商业前景。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将30g大豆油加入烧杯中，再加入70g乙醇搅拌分散均匀，得到30％的食用油有机溶液；
将不锈钢网在质量浓度为5％的稀盐酸中浸泡10min，再用水冲洗干净后晾干，得到预处理后的不锈钢网；
将所述预处理后的不锈钢网浸泡在30％的食用油有机溶液中，浸泡20s取出，在室温、通风条件下自然晾干；
将干燥后的不锈钢网放置于管式炉中，进行程序升温煅烧，常压通氮气保护，程序升温煅烧的工艺参数为：从室温加热至300℃，并在温度达到设定值时保温1h，设置的升温速率为6℃/min，得到碳包覆金属网。
实施例2
将50g花生油加入烧杯中，再加入50g甲醇搅拌分散均匀，得到50％的食用油有机溶液；
将不锈钢网在质量浓度为5％的稀盐酸中浸泡10min，再用水冲洗干净后晾干，得到预处理后的不锈钢网；
将所述预处理后的不锈钢网浸泡在50％的食用油有机溶液中，浸泡60s取出，在室温、通风条件下自然晾干；
将干燥后的不锈钢网放置于管式炉中，进行程序升温煅烧，常压通氮气保护，程序升温煅烧的工艺参数为：从室温加热至600℃，并在温度达到设定值时保温3h，设置的升温速率为8℃/min，得到碳包覆金属网。
实施例3
将80g菜籽油加入烧杯中，再加入10g乙醇和10g庚烷搅拌分散均匀，得到80％的食用油有机溶液；
将不锈钢网在质量浓度为5％的稀盐酸中浸泡10min，再用水冲洗干净后晾干，得到预处理后的不锈钢网；
将所述预处理后的不锈钢网浸泡在80％的食用油有机溶液中，浸泡40s取出，在室温、通风条件下自然晾干；
将干燥后的不锈钢网放置于管式炉中，进行程序升温煅烧，常压通氮气保护，程序升温煅烧的工艺参数为：从室温加热至800℃，并在温度达到设定值时保温2h，设置的升温速率为10℃/min，得到碳包覆金属网。
实施例4
将60g橄榄油加入烧杯中，再加入10g甲醇和30g己烷搅拌分散均匀，得到60％的食用油有机溶液；
将不锈钢网在质量浓度为5％的稀盐酸中浸泡10min，再用水冲洗干净后晾干，得到预处理后的不锈钢网；
将所述预处理后的不锈钢网浸泡在60％的食用油有机溶液中，浸泡30s取出，在室温、通风条件下自然晾干；
将干燥后的不锈钢网放置于管式炉中，进行程序升温煅烧，常压通氮气保护，程序升温煅烧的工艺参数为：从室温加热至450℃，并在温度达到设定值时保温1h，设置的升温速率为6.5℃/min，得到碳包覆金属网。
实施例5
将90g葵花籽油加入烧杯中，再加入10g庚烷搅拌分散均匀，得到90％的食用油有机溶液；
将不锈钢网在质量浓度为5％的稀盐酸中浸泡10min，再用水冲洗干净后晾干，得到预处理后的不锈钢网；
将所述预处理后的不锈钢网浸泡在90％的食用油有机溶液中，浸泡30s取出，在室温、通风条件下自然晾干；
将干燥后的不锈钢网放置于管式炉中，进行程序升温煅烧，常压通氮气保护，程序升温煅烧的工艺参数为：从室温加热至900℃，并在温度达到设定值时保温1.5h，设置的升温速率为7℃/min，得到碳包覆金属网。
对比例
将不锈钢网在质量浓度为5％的稀盐酸中浸泡10min，再用水冲洗干净后晾干，得到预处理后的不锈钢网，以所述预处理后的不锈钢网为对比例。
测试例1
实施例1制备的碳包覆金属网的扫描电镜图如图1所示，由图1可以看出，碳包覆金属网的金属丝表面紧紧裹附一层凹凸不平的微碳颗粒层，这层碳膜具有很好的耐磨性和耐腐蚀性，能够提高金属网的表面机械强度，同时金属网上的碳层也可以跟高分子有机物结合紧密，作为高分子复合材料固载的基底材料。
实施例2～5所得碳包覆金属网的扫描电镜图与图1类似。
测试例2
耐磨损实验：将1000目砂纸置于桌子上，然后将2cm×10cm实施例1制备的碳包覆金属网置于砂纸上，接着在金属网上放上500g砝码，水平牵拉碳包覆金属网，在砂纸上滑移100cm为止，之后在显微镜下看碳包覆金属网的磨损情况，如图2所示。
耐酸碱腐蚀：配制pH值为13的氢氧化钠溶液，将实施例1制备的碳包覆金属网浸于其中24h，进行耐碱性测试，如图3所示；配制pH值为2的盐酸溶液，将碳包覆金属网浸于其中24h，进行耐酸性测试，与图3类似。
由图2和图3可以看出，碳包覆金属网表面的碳层无明显变化，表现出优异的耐磨损和耐腐蚀性能。
实施例2～5所得碳包覆金属网的耐磨损实验结果和耐酸碱腐蚀结果与图2～3类似。
将对比例的不锈钢网按照上述耐酸碱腐蚀试验方法进行耐酸性测试，所得不锈钢网的扫描电镜图如图4所示，进行耐碱性测试，与图4类似。由图4可以明显看出，由于腐蚀，金属网丝上出现了许多凹坑，腐蚀现象较严重。
由此说明，采用本发明提供的方法能够增强金属网的耐磨耐腐蚀性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。