铝合金/钛合金表面超轻超薄防护石墨烯涂层可控制备的基础研究

How to reduce the aircraft coating’s weight, increasing the payload. It has important scientific significance and academic value to prepare reliable，ultra-thin and ultra-light protective coating. This project will aim to fabricate Ultra-light and ultra-thin graphene protective coating on aluminum alloy (7075)/ titanium alloy (TC2). The controllable preparation of graphene coating (1~300 layers, thickness: 1~100nm) on aluminum alloy/ titanium alloy will be studied by chemical vapor deposition method. Influence of chemical oxidation/nitrogen doping on the adhesion between graphene coating and the matrix will be investigated. The enhance mechanism of adhesion and integrity of graphene coating will be demonstrated. The relationship of structure, morphology and electrochemical (potential, impedance) anti-corrosion properties will be illustrated. The graphene molecular structure model and mechanism will be established. This work will lay the theoretical foundation for designing and controllable preparation the ultra-light, ultra-thin protective graphene-based coating on aluminum alloy/titanium alloy surface.

如何减轻飞机涂层重量，增加飞机有效载荷，研制安全可靠的超薄超轻的防护涂层，具有重要的科学意义和学术价值。本项目将致力于铝合金(7075)/钛合金(TC2)表面超轻超薄防护涂层制备的基础理论研究。采用化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）研究在铝合金/钛合金表面形成石墨烯涂层（1~300层数、厚度1~100nm）的可控制备方法和原理。探讨化学氧化/氮掺杂等增强石墨烯及金属基体间界面结合力的途径，阐明石墨烯改性对界面结合力、膜层完整性的提高机制。在此基础上研究石墨烯涂层的组成、结构、形态与金属表面能、电化学特性（表面电位、表面电阻等）及耐蚀性之间的理论关系。建立石墨烯涂层的防护分子结构模型，研究其防护机理，奠定铝合金/钛合金表面石墨烯超轻超薄防护涂层设计、可控制备的基础理论。

本项目针对铝合金/钛合金进行了表面超轻超薄防护涂层制备基础研究，在铝合金/钛合金表面研究了形成石墨烯涂层的可控制备方法和原理；探讨了化学氧化/氮掺杂等增强石墨烯及金属基体间界面结合力的途径，阐明了石墨烯改性对界面结合力、膜层完整性的形成机制；在此基础上，研究了石墨烯涂层的组成、结构、形态与金属表面能、电化学特性及耐蚀性之间的理论关系。.本项目通过铜箔前处理工艺、反应温度、反应压强、CH4/H2比例及流速等工艺参数研究，在铜箔上利用化学气相沉积分别在低压下成功制备出单层、二层石墨烯及多层石墨烯，获得了层数可控大面积石墨烯膜层的制备条件与可控方法，解决了制备大面积高质量石墨烯膜层的关键技术和理论问题。突破了大面积、完整性石墨烯膜层的可控制备及转移技术。.本项目研究了多种石墨烯膜层转移方法，突破了PMMA辅助转移法膜完整性技术难点，解决了铝、钛合金表面形成均匀、结构完整的石墨烯膜层的关键科学问题，探明了增强石墨烯膜层与基体结合力的方法，增强了涂层与基底金属结合力，突破了在石墨烯涂层与金属基体界面获得高结合力的化学键合的关键技术，解决了金属基体与石墨烯层间化学键的形成、或杂原子掺杂对石墨烯层与金属基体间界面结合力的增强作用机制的关键科学问题。.本项目系统研究了石墨烯涂层结构、形态对抗氧化腐蚀能力的影响、分析了石墨烯覆着涂层的腐蚀行为，成功将含石墨烯膜层应用于金属表面防护、增强抗蚀性，突破了石墨烯涂层对金属基体表面状态控制及耐蚀性能的提高技术，探究了超薄超轻石墨烯涂层完整性及厚度对有效防护特性的影响规律、结构原理模型及其防护基础的关键科学问题。.本项目在铝合金、钛合金表面进行了超轻超薄完整石墨烯防护涂层可控制备的基础研究，在铝合金/钛合金上制备出了层数可控的大面积高质量石墨烯膜层，申请了相关专利并获得批准授权，为超轻超薄防护涂层设计、制备奠定了理论基础，对设计制造超薄、超轻、高效防护的新型涂层具有重大的科学意义和应用价值。.本项目探索了石墨烯掺入其他涂层制备超薄涂层的相关研究，取得的研究成果拓展了石墨烯在腐蚀防护领域及其他相关领域中的应用，显示了超轻超薄石墨烯膜涂层的广阔应用前景。