低成本高耐腐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种在钢表面采用电刷镀法制备蒙乃尔合金涂层的方法。
【背景技术】
[0002]蒙乃尔(Monel)合金是以镍为基的镍铜系合金，属于高性能耐蚀材料。与一般不锈钢、其他耐蚀金属、非金属材料相比，在各种腐蚀环境中，具有耐各种形式腐蚀破坏的能力，镍合金耐腐蚀性能优异的机理在于，其一，镍的标准电极电位ENi°= -0.25V，比氢稍低(Eh0= 0V)，并且容易极化，在腐蚀过中不会析出氢。镍的电位相对铁为正(EFe°= -0.45V)，并且耐卤素气体及其氢化物侵蚀的能力，耐NaOH，KOH等氢氧化物介质腐蚀能力远胜于铁。其二，镍具有显著的钝化倾向，镍在稀的非氧化性酸，特别是在中性和碱性溶液中，腐蚀过程明显变缓，在干湿大气中耐蚀能力也非常高。因此，蒙乃尔合金(镍铜系合金)适合现代工业技术下苛刻的介质环境，被广泛应用于炼油、化工、航海、原子能、冶金、纺织、印染、造纸、食品机械、医疗器械等各个领域。但是整个工件完全由蒙乃尔合金制备，成本较高。
[0003]申请号为201110287417.7的专利文件中公开了一种“不锈钢表面热喷涂蒙乃尔合金涂层的方法”，以不锈钢为基材，在基材表面热喷涂蒙乃尔合金涂层，所得到的部件产品的防腐性能能与蒙乃尔合金相当，实现了在防腐蚀性能不变的前提下节约制造成本的目标。该技术方案是在普通钢表面采用电刷镀法间隔刷镀铜涂层和镍涂层，再通过热处理形成蒙乃尔合金层，所需镀液价格相对便宜，容易获得，制备出的蒙乃尔合金的耐腐蚀性能较裸钢和单纯的铜涂层和镍涂层有显著提高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种能够在钢表面制备出具有较高耐腐蚀性能的蒙乃尔合金涂层的低成本高耐腐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]对经过表面预处理的钢表面采用电刷镀法进行刷镀Ni涂层和Cu涂层，所述进行刷镀Ni涂层和Cu涂层包括:(I)电压正接10?20V，表面刷电净液10-30s，然后用水冲洗；(2)电压反接10?20V，表面刷2号活化液10-30s，然后用水冲洗；(3)电压反接10?20V，表面刷3号活化液10-30s，然后用水冲洗；(4)不接电，表面刷特殊镍3_5s ； (5)电压正接10-20V，表面刷特殊镍10-30s ； (6)电压正接10-20V，表面刷快速镍10_30s，然后用水冲洗；(7)电压正接10-20V，表面刷碱铜5-10s，用水冲洗；(8)电压正接10-20V，表面刷快速镍8-15s ； (9)重复(7)和⑶步12?36次，对镀层进行热处理。
[0007]所述进行刷镀Ni涂层和Cu涂层的刷镀速度为4-8m/min。
[0008]所述热处理是利用高温热处理炉在200°C -1200°C下保温lmin_20h，空冷。
[0009]所述热处理是采用高频感应加热器，在1000°C -1200°C短时加热20_180s，空冷。
[0010]本发明在钢表面利用电刷镀法制备出交替排列的镍涂层和铜涂层，然后进行热处理，实现了 Ni原子和Cu原子的互扩散，形成镍铜固溶体，即蒙乃尔合金。利用电刷镀法在钢表面制备出的蒙乃尔合金层，与基体结合强度高，且耐腐蚀性能优越，可大大降低生产成本。
[0011]本发明工艺简单，易于操作，成本低，制备出的蒙乃尔合金层与钢基体结合牢固；发明中Q235钢表面间隔电刷镀多层Ni涂层和Cu涂层后，经热处理后，形成了镍铜固溶体合金层。其在海水中的自腐蚀电位由裸钢的-0.6V附近提高到-0.2V附近，自腐蚀电流密度也减小。钢表面制备的蒙乃尔合金的耐腐蚀性能明显优于裸钢和N1、Cu电刷镀涂层。
【附图说明】
[0012]图1a为【具体实施方式】一中所得电刷镀铜涂层和镍涂层的涂层组织。
[0013]图1b为【具体实施方式】一中热处理后形成的蒙乃尔合金层的涂层组织。
[0014]图2为Q235钢表面镍铜涂层及不同热处理工艺后极化曲线。
【具体实施方式】
[0015]下面举例对本发明做更详细的描述。
[0016]【具体实施方式】一:本实施方式中低成本，高耐腐蚀性能钢表面蒙乃尔合金涂层的制备方法按以下步骤实现:一、将钢表面进行机械预处理。用800#砂纸对钢表面进行粗打磨，然后用丙酮进行擦洗除油除锈。二、将钢表面进行镀前预处理，(I)试件接电电压正接10-20V，表面刷电净液(碱性)10-30s，然后用水冲洗；(2)试件接电电压反接10-20V，表面刷2号活化液(酸性)10-30S，然后用水冲洗；(3)试件接电电压反接10-20V，表面刷3号活化液(酸性)10_30s后，用水冲洗。三、对工件表面进行电刷镀，间隔刷镀镍涂层和铜涂层。层数控制在12-36层。电刷镀镍和铜涂层的工艺参数为:(I)不接电，表面刷特殊镍3-5s ;
(2)电压正接10-20V，表面刷特殊镍10-30s ； (3)电压正接10-20V，表面刷快速镍10_30s，用水冲洗；⑷电压正接10-20V，表面刷碱铜5-10s，用水冲洗；(5)电压正接10-20V，表面刷快速镍10-30s ;(6)重复(4)和(5)步12-36次。四、对工件采用高频感应线圈对镀层进行快速热处理，时间控制在20s?180s，温度为1000?1200°C。此时钢的自腐蚀电位可增加到-0.2附近，自腐蚀电流密度比裸钢明显减小。
[0017]所述的电净液配方之一为:NaOH(C.P)，20 ?30g/L ；Na3PO4 (C.P)，40 ?50g/L ；Na2CO3 (C.P)，20 ?25g/L ；NaCl (C.P)，3 ?5 (g/L ;添加剂，微量 $11值~ 11 ?13。
[0018]所述的电净液配方之二为:NaOH(C.P)，30 ?50g/L ；Na3PO4 (C.P)，140 ?180g/L ；Na2CO3 (C.P)，40 ?45g/L ；NaCl (C.P)，4 ?5g/L ;添加剂，微量 $11值~ 11 ?13。
[0019]所述的电净液配方之三为:NaOH(C.P)，5?15g/L ；Na3PO4(C.P)，30?40g/L ;缓冲盐，0.5?0.3g/L ;添加剂，微量；pH值?11?13。
[0020]所述的2 号活化液配方之一为:HC1(36 ?38%)，20-30g/L ;NaCl，130_150g/L ;添加剂，微量；PH ^ 0.2 ~ 0.8 ；
[0021]所述的2 号活化液配方之二为:HC1 (36 - 38% )，50_60g/L ;NaCl，275_285g/L ；PH ~ 0.2 ?0.8 ;
[0022]所述的2号活化液配方之三为:HC1 (36?38% )，5_40g/L ;缓冲剂，40_200g/L ;添加剂，微量；PH ^ 0.6 ~ 0.8 ；
[0023]所述的3 号活化液配方之一为:Na3C6H507.2H20, 130_150g/L，H3C6H5O7.H2O, 90-100g/L ;NiCl2，2 ?4g/L ;添加剂，微量巾11值~ 3.5 ?4。
[0024]所述的3 号活化液配方之二为！Na3C6H5O7.2H20, 50_200g/L，H3C6H5O7.H2O, 20_150g/L ;NiCl2，0.8 ?2g/L ;添加剂微量，4 ?4.5。
[0025]所述的特殊镍配方之一为-NiSO4.7H20(C.P)，395 ?397g/L ；NiCl2.6H20(C.P),14 ?16 (g/L ; CH3COOH (C.P)，68 ?70 (g/) ；HC1 (37 % ) (C.P)，20 ?22g/L ;对氨基苯磺酸(A.R)，0.1.0ο
[0026]所述的特殊镍配方之二为:NiS04.7H20(C.P)，330g/);对氨基苯磺酸(A.R)，30g/L ;C6H807，60g/) ；H3B03,20g/L pHft^ 0.8 ?I。
[0027]所述的特殊镍配方之三为:NiS04.7H20(C.P)，330g/L ；C2H5NO2, 20g/L ;对氨基苯磺酸(A.R)，0.1 g/L ；pH 值~ 0.8 ?I。
[0028]所述的快速镍为配方之一为:NiS04.7H20(CP)，254g/L ;NH3.H2O(NH3含量 25 0Z0 ?28 % ) (CP)，105mL/L ； (NH4) 3C6H507 (CP)，55 ?56g/L ;CH3COONH4 (CP)，22 ?23g/L ；(COONH4) 2H20 (CP)，0.1 g/L ；pH 值 ~ 7.5。
[0029]所述的快速镍为配方之二为:NiS04.7H20(CP)，250g/L ;NH3.H2O (NH3含量 25 0Z0 ?28% ) (CP)，100mL/L ； (NH4) 3C6H507 (CP)，30g/L ；pH 值~ 7.2 ?7.5。
[0030]所述的快速镍为配方之三为:NiS04.7H20(CP)，265g/L ;NH3.H2O (順3含量25 0Z0?28% ) (CP)，调 PH 值；(NH4)3C6H5O7(CP)，100g/L ;CH3COONH4 (CP)，30g/L 巾!1值~ 7.2 ?7.5。
[0031]所述的碱铜配方之一为:CuSO4.5H20(CP),300g/L ; C2H8N2 (CP)，170mL/L ；NH4NO3, 50g/L ；Na2S04.1OH2O, 30g/L ;PH ~ 7.5 ?8 ;色泽，兰紫色。
[0032]所述的碱铜配方之二为:CuSO4.5H20(CP),250g/L ; C2H8N2 (CP)，135mL/L ；PH ~ 9.5?10 ;色泽，兰紫色。
[0033]所述的碱铜配方之三为:CuSO4.5H20 (CP)，200g/L;C2H8N2 (CP)，250mL/L;N(CH2COOH)3(CP), 150mL/L ；NH4NO3, 50g/L ；Na2SO4.1OH2O, 20g/L ;PH ~ 7 ?8 ;色泽，兰紫色。
[0034]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是步骤四中采用高温热处理炉进行长时间热处理，加热温度为200°C -1200°C，保温时间为2min-20h。此时，自腐蚀电位为-0.2左右，自腐蚀电流密度比方式一中显著减小。
[0035]其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
【主权项】
1.一种低成本高耐腐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法，其特征是:对经过表面预处理的钢表面采用电刷镀法进行刷镀Ni涂层和Cu涂层，所述进行刷镀Ni涂层和Cu涂层包括:(1)电压正接10?20V，表面刷电净液10-30s，然后用水冲洗；(2)电压反接10?20V，表面刷2号活化液10-30s，然后用水冲洗；(3)电压反接10?20V，表面刷3号活化液10-30s，然后用水冲洗；(4)不接电，表面刷特殊镍3-5s ； (5)电压正接10-20V，表面刷特殊镍10-30s ； (6)电压正接10-20V，表面刷快速镍10_30s，然后用水冲洗；(7)电压正接10-20V，表面刷碱铜5-10s，用水冲洗；(8)电压正接10-20V，表面刷快速镍8-15s ； (9)重复(7)和⑶步12?36次，对镀层进行热处理。
2.根据权利要求1所述的低成本高耐腐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法，其特征是:所述进行刷镀Ni涂层和Cu涂层的刷镀速度为4-8m/min。
3.根据权利要求1或2所述的低成本高耐腐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法，其特征是:所述热处理是利用高温热处理炉在200°C -1200°C下保温lmin-20h，空冷。
4.根据权利要求1或2所述的低成本高耐腐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法，其特征是:所述热处理是采用高频感应加热器，在1000°C -1200°C短时加热20-180S，空冷。
【专利摘要】本发明提供的是一种低成本高耐腐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法。对经过表面预处理的钢表面采用电刷镀法进行刷镀Ni涂层和Cu涂层，所述进行刷镀Ni涂层和Cu涂层包括：(1)电压正接，表面刷电净液；(2)电压反接，表面刷2号活化液；(3)电压反接，表面刷3号活化液；(4)不接电，表面刷特殊镍；(5)电压正接，表面刷特殊镍；(6)电压正接，表面刷快速镍；(7)电压正接，表面刷碱铜；(8)电压正接，表面刷快速镍；(9)重复(7)和(8)步12～36次，对镀层进行热处理。本发明利用电刷镀法在钢表面制备出的蒙乃尔合金层，与基体结合强度高，且耐腐蚀性能优越，可大大降低生产成本。
【IPC分类】C25D5-06, C25D5-14
【公开号】CN104651890
【申请号】CN201510088698
【发明人】于玉城, 王振玲, 管晓光, 孙检峰
【申请人】黑龙江科技大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月27日