海洋環(huán)境中增強(qiáng)化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層耐孔蝕性能的工藝研究.pdf

1、化學(xué)鍍非晶態(tài)Ni-P合金鍍層具有獨特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，尤其是優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、順磁性和析氫活性，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于化學(xué)鍍鎳磷合金沉積過程是按梗球無規(guī)則密堆積模型進(jìn)行的，鍍層中難免會有孔隙。鍍層孔蝕是限制鎳磷鍍層在海洋環(huán)境中廣泛應(yīng)用的主要原因。鉻酸鹽鈍化處理是增強(qiáng)鎳磷合金耐孔蝕性能較好的方法。然而，由于鉻酸鹽中的Cr<'6+>有致癌作用，國際上已經(jīng)明令限制使用。因此，在環(huán)保的前提下，如何有效地增強(qiáng)化學(xué)鍍鎳磷合金

2、的耐孔蝕性能已是當(dāng)務(wù)之急。 本文首先研究了單層化學(xué)鍍鎳磷合金的耐蝕性，尤其是耐點蝕性能。通過試驗發(fā)現(xiàn)，單層化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層在中性鹽霧腐蝕試驗中平均腐蝕速率較低，約為23.3μm／a，不同厚度的鎳磷鍍層出現(xiàn)點蝕的時間不同。鍍層厚度為30μm的鍍層，腐蝕36 h即出現(xiàn)點蝕，鍍層耐孔蝕性能較差。鎳磷鍍層在3.5wt％NaCl溶液中的自腐蝕電位與碳鋼基體的自腐蝕電位相差250mV左右，鎳磷鍍層相對于碳鋼基體為陰極性鍍層。隨著單層鍍

3、層在3.5wt％NaCl溶液中浸泡時間的延長，極化曲線上出現(xiàn)鈍化區(qū)，交流阻抗譜圖上出現(xiàn)了鈍化膜的時間常數(shù)，鍍層表面產(chǎn)生鈍化膜，而且，隨著時間的增加，鈍化膜越來越致密，鍍層耐均勻腐蝕性增強(qiáng)。然而隨著鍍層在3.5wt％NaCl溶液中浸泡時間的增加，在鈍化區(qū)范圍內(nèi)腐蝕電流密度逐漸增加，點蝕電位降低，鍍層耐點蝕能力降低。單層化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層為非晶態(tài)，鍍層耐均勻腐蝕性較好；然而，鍍層在鹽霧試驗箱中腐蝕15d后，在冷場發(fā)射電鏡下觀察到鍍層表面有大

4、量孔蝕，蝕孔內(nèi)部檢測到碳鋼基體鐵元素的存在，腐蝕后鍍層微晶化。 針對單層化學(xué)鍍鎳磷合金耐點蝕性能較差的問題，本文采用了三種工藝方法來增強(qiáng)其耐孔蝕性能。一是采用雙層鍍鎳磷合金工藝的方法：即，采用正交試驗篩選出一種比本實驗室已有配方的化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層電位更正的酸性鎳磷鍍層，其工藝為主鹽21g/L，還原劑27 g／L，絡(luò)合劑24 g／L，穩(wěn)定劑16 mg／L，pH值為5.6，溫度85～90℃。將之與本試驗室已有配方的鍍層復(fù)配成為雙

5、層鍍層，篩選的鍍層做為雙層鎳磷合金鍍層的內(nèi)層。由于兩種不同磷含量的鎳磷鍍層之間存在110mV的層間電位差，表面鍍層相對于中間鍍層為陽極性鍍層，如果鍍層存在孔隙，則腐蝕性物質(zhì)僅在表面鎳磷鍍層擴(kuò)展而不會向內(nèi)層深入，使鍍層孔蝕降低，雙層鍍層的孔隙率約為單層鍍層孔隙率的一半，耐孔蝕性增強(qiáng)。 二是采用紫銅／鎳磷合金雙層鍍層：即，用單因素試驗選擇出化學(xué)鍍銅的最佳工藝配方，其工藝為硫酸銅15～17g/L，甲醛1l～14mL/L，氫氧化鈉14

6、g／L，硫酸鎳2.1 g/L，乙醇25 mL／L，酒石酸鉀鈉12～15 g/L，乙二胺四乙酸二鈉22～26 g/L，穩(wěn)定劑E 100 mg/L，穩(wěn)定劑F5～10 mg/L，pH 12.3～12.7，溫度34～38~C。將其與實驗室已有配方的鎳磷鍍層復(fù)配成為雙層鍍層。同理，由于銅與鎳磷鍍層之間存在較大的電位差值，鎳磷鍍層相對于銅鍍層來講為陰極性鍍層。如果鎳磷鍍層存在孔隙，則腐蝕性物質(zhì)也僅在表面鎳磷鍍層擴(kuò)展而不向內(nèi)深入，使鍍層耐孔蝕性能增強(qiáng)

7、。 三是采用由有機(jī)硅烷與緩蝕劑復(fù)配的封孔劑對單層鎳磷合金進(jìn)行封孔處理，由于封孔劑能夠很好地滲入孔隙并與鍍層及碳鋼基體交聯(lián)，達(dá)到封閉鍍層孔隙的目的，從而增強(qiáng)鍍層的耐孔蝕性能。其中，對有機(jī)硅烷的水解條件、硅烷與樹脂的混合比例、封孔工藝參數(shù)、緩蝕劑的選擇以及復(fù)配比例進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)乙醇與水的體積比為20:1時，硅烷的水解性能比較好；當(dāng)硅烷與樹脂的體積比大于2:1時，通過封孔劑封孔得到的鍍層耐孔蝕性能增強(qiáng)；在封孔工藝參數(shù)為浸滲時

8、間15min、固化時間60 min、固化溫度50℃時，在硅烷與樹脂組成的封孔劑中加入由NSP和ZS復(fù)配而成的緩蝕劑，能夠起到很好的封閉鍍層孔隙的目的。 本文還通過PdCl<,2>穩(wěn)定性試驗對研究出的鎳磷鍍液和銅鍍液進(jìn)行穩(wěn)定性試驗研究，并分別用孔隙率和結(jié)合力測試方法對研究出的鎳磷鍍層和銅鍍層進(jìn)行檢測，同時用電導(dǎo)率試驗和紅外光譜研究了封孔液的水解效果，用掃描電鏡研究了三種工藝得到的鍍層腐蝕前后的表面形貌，并且采用中性鹽霧試驗、自腐