CN103060781A - 一种耐高硫高碳介质腐蚀的高锡Ni-Sn-P化学镀层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于天然气输送管线用钢表面防腐的化学镀配方及工艺参数，适于制备高含锡的Ni-Sn-P化学镀层。其特征在于：配方及工艺参数为：CH₃COONa10-30g/L，C₂H₅COOH0-5mL/L，NaH₂PO₂10-45g/L，NiSO₄10-65g/L，SnCl₄10-65g/L，C₆H₅O₇Na₃·2H₂O10-65g/L，C₃H₆O₃10-65g/L；温度55-110℃，pH值：3.0-9.0。

Description

一种耐高硫高碳介质腐蚀的高锡Ni-Sn-P化学镀层及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种应用于天然气输送管线用钢表面防腐的化学镀配方及工艺参数，制备高含锡的Ni-Sn-P化学镀层。

背景技术

高H₂S、高CO₂含量的气田为高含硫气田，同时Cl^-、元素S的存在使腐蚀环境更加复杂和恶劣。表面涂层技术是提高输气管线设备材料抵御CO₂/H₂S腐蚀能力的有效措施，但其应用环境大多为大气或海洋环境等，尚未见到在高含硫气田环境中成功运用的报道。化学镀Ni-Sn-P镀层的过程中，Sn元素对镀液的影响作用导致镀液的镀覆能力不佳，最终镀层中Sn含量低，现有专利CN1317596A自催化镍-锡-磷合金镀液及其镀层中合金镀层的锡含量在2%-4%之间，难以制备高锡含量的化学镀层，但提高镀层的锡含量可大大提高镀层的耐蚀性。

发明内容

发明的目的是为了克服目前Ni-Sn-P化学镀层含Sn量低，耐蚀性差，提供一种可在金属材料表面沉积一层高含锡的Ni-Sn-P镀层的化学镀配方及工艺参数。

本发明的目的是这样来实现的：通过添加复合型络合剂，并试验研究镀液中主盐及络合剂的最佳配比，最终制备耐高硫高碳介质腐蚀的化学镀层。具体的配方及工艺参数为：CH₃COONa 10-30 g/L，C₂H₅COOH 0-5 mL/L，NaH₂PO₂ 10-45 g/L，NiSO₄ 10-65 g/L，SnCl₄ 10-65 g/L，C₆H₅O₇Na₃·2H₂O 10-65 g/L，C₃H₆O₃ 10-65 g/L；温度55-110℃，pH值：3.0-9.0。

本发明的技术方案是：优化了化学镀液的配方，添加了复合型络合剂，能提高化学镀液中Sn元素的络合能力，使参加镀层沉积的Sn元素含量大为提高。在使用过程中本发明的反应原理为：

Ni²⁺+ Sn⁴⁺+3H₂PO₂ ^-+3H₂O→3H₂PO₃ ^-+6H⁺+Sn+Ni

配制镀液时，将主盐SnCl₄加入络合剂溶液中，这个过程中，Sn⁴⁺被络合剂完全络合并以锡的络合离子形式存在，催化反应进行时，Sn⁴⁺释放出来，立即被还原，从而沉积在镀层中。乳酸、柠檬酸钠复合络合剂可提高Sn⁴⁺在溶液中的络合反应，在催化反应进行中，提供大量的Sn⁴⁺，从而提高沉积镀层的Sn含量。

按配方配料，然后将各组分分别溶解，然后按顺序混合，即制得本发明用于天然气输送管线用钢表面防腐的化学镀液。

本发明化学镀液中加入了复合络合剂，是Sn⁴⁺在溶液中的络合量提高，保持镀层沉积过程中Sn元素的供应，从而提高镀层的Sn含量。以碳钢L245为例，用本发明的化学镀液镀覆，可得到25μm左右的化学镀层，镀层的含锡量为7%，含镀层的碳钢耐高硫高碳介质腐蚀

具体实施方式

实施例

基体为L245天然气输送管线钢，样品尺寸为30 ×15 ×2.5 mm，试样的每个表面在磨抛机上依次用400#、800#、1200#水砂纸打磨，然后用金刚石抛光膏抛光至镜面，然后进行表面除油→浸蚀处理→活化处理→化学镀。即：

1）表面除油：首先用洗涤剂除油(去离子水中添加适量洗涤剂，25℃，15min)；然后用丙酮除油(25℃，15min)；最后用碱性溶液除油(配方为25 g/LNaOH；35 g/LNa₂CO₃；25 g/LNa₃PO₄；8 g/LNa₂SiO₃，75℃，30 min)；

2）去离子水清洗；

3）浸蚀处理：10%稀盐酸，25℃，5 min，目的是去除基体表面的氧化层；

4）去离子水清洗；

5）活化处理：10%稀硫酸，25℃，5min，目的是提高基体表面活性，促进自催化反应的进行；

6）去离子水清洗，风干；

7）化学镀：化学镀液的基本组分经正交试验确定。

获得耐腐蚀性能最佳的Ni-Sn-P镀层。

    本发明通过检测Ni-Sn-P镀层在模拟高含硫气田腐蚀介质中的腐蚀情况，评估Ni-Sn-P镀层工业应用的可靠性。

从耐蚀性方面考虑，镀层的合金化很成功，含Sn量为7.53%wt的镀层在H₂S、CO₂、Cl^-共存环境下能够快速形成组织致密的、完整的腐蚀产物膜，抵抗腐蚀介质向基体的扩散。

Claims (2)

1.一种应用于天然气输送管线用钢表面防腐的化学镀配方及工艺参数，适于制备高含锡的Ni-Sn-P化学镀层，其特征在于：配方及工艺参数为：CH₃COONa 10-30 g/L，C₂H₅COOH 0-5 mL/L，NaH₂PO₂ 10-45 g/L，NiSO₄ 10-65 g/L，SnCl₄ 10-65 g/L，C₆H₅O₇Na₃·2H₂O 10-65 g/L，C₃H₆O₃ 10-65 g/L；温度55-110℃，pH值：3.0-9.0。

2.按权利要求1所述的一种应用于天然气输送管线用钢表面防腐的化学镀配方及工艺参数，其特征在于如下成分组成配方及工艺参数为：CH₃COONa 25 g/L，C₂H₅COOH 2.5mL/L，NaH₂PO₂ 35 g/L，NiSO₄ 45 g/L，SnCl₄ 45 g/L，C₆H₅O₇Na₃·2H₂O 35 g/L，C₃H₆O₃ 50 g/L；温度80℃，pH值：4.5。