CN103290397A

CN103290397A - 一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液、制备方法及防腐蚀安全阀

Info

Publication number: CN103290397A
Application number: CN2013102281556A
Authority: CN
Inventors: 余爱枝; 叶伟文; 李茂东; 林金梅; 喻文; 王恋; 杨波; 笪菁; 兰英; 陈剑明; 刘课秀
Original assignee: Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute
Current assignee: GUANGDONG GUANG'AN SPECIAL EQUIPMENT ENGINEERING Co.,Ltd.
Priority date: 2013-06-08
Filing date: 2013-06-08
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-08
Also published as: CN103290397B

Abstract

本发明公开了一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，按质量浓度计，其组分包括：硫酸镍15~30g·L^-1，次磷酸钠30~35g·L^-1，缓冲剂1~30g·L^-1，络合剂5~50g·L^-1，纳米聚四氟乙烯颗粒0.5~1g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用pH调节剂调整镀液pH为4.5~6；本发明还公开了一种安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法；本发明还公开了一种防腐蚀安全阀；本发明的安全阀表面超疏水化学镀层的镀液组分简单、成本低，适用于大面积制备；本发明的制备方法操作简便、快捷，制得的镀层具有耐腐蚀、耐磨、防垢的性能；本发明的防腐蚀安全阀具有耐腐蚀、防垢、使用寿命长的优点。

Description

一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液、制备方法及防腐蚀安全阀

技术领域

本发明涉及金属表面处理，尤其涉及一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液、制备方法及防腐蚀安全阀。

背景技术

安全阀泄露是安全阀的主要故障之一，究其原因，绝大部分是由于阀瓣的锈蚀、结焦等造成了阀瓣密封性能的下降。造成阀瓣锈蚀、结焦的原因主要有：（1）积存在阀瓣与阀座密封面间的水垢污渣、腐蚀性介质及残留物在密封面间产生的凹坑沟痕，造成阀瓣和密封座间密封不严密；（2）蒸汽锅炉的安全阀在使用中一旦起跳，回落时阀瓣和阀座间就会留有一层水渍，时间一长便会腐蚀阀瓣和阀座表面；（3）未起跳的安全阀经过长期使用，一般密封面都会残留一些杂质，生成污锈和产生腐蚀，从而使安全阀的密封性能有所下降，等等。现存解决安全阀结焦、锈蚀的做法都是在阀瓣失效后对阀瓣进行除锈、研磨来提高恢复阀瓣的密封性能，该种方法防治安全阀事故比较被动，不能从本质上解决安全阀泄露的原因，而且涉及要拆卸安全阀，耗时耗力，人为干预较大。

表面超疏水性，是指物体表面与水接触角大于120°的情况。超疏水表面由于其表面自由能小于水的表面张力，不易被水润湿。因此，由水中的重水离子等形成的沉积物没有办法在其表面附着，因而，具有优异的防垢性能。超疏水表面的制备一般采用两种方法：一种是在粗糙表面修饰低表面能的物质；另一种是在疏水性表面构建粗糙结构。超疏水表面的制备方法近年来也得到了很大的发展, 常见的有溶胶凝胶法、化学蚀刻法、化学沉积法、模板法等等, 人们利用这些方法得出了不少性能优异的超疏水表面。但目前所研究的方法存在着涂层的附着力差、处理方法复杂、无法处理复杂表面、无法处理大工件、成本高等缺点，无法适用于安全阀表面。

发明内容

本发明的发明目的之一是提供一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，该镀液组分简单，成本低廉。

本发明采用的技术方案为：一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，按质量浓度计，其组分包括：硫酸镍15~30g·L^-1，次磷酸钠 30~35g·L^-1，缓冲剂1~30g·L^-1，络合剂5~50g·L^-1，纳米聚四氟乙烯颗粒0.5~1g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为4.5~6。

其中，质量浓度表示单位体积溶液中含有的溶质的质量数，在本发明中是指单位体积（L）镀液中含有的各组分的质量（g）。上述的各化学品均为常规化学品，可从市场购得。硫酸镍可为无水、六水或七水硫酸镍，优选为七水合硫酸镍。次磷酸钠可为无水次磷酸钠或一水合次磷酸钠，优选为一水合次磷酸钠。

在超疏水化学镀层的镀液中，硫酸镍为主盐，次磷酸钠为还原剂；缓冲剂起到稳定镀速及保证镀层质量的作用，能抵消外来微量酸或碱以及稀释对溶液pH值变化的影响；络合剂除了能控制可供反应的游离镍离子的浓度外，还可提高镀液的稳定性，延长镀液的使用寿命；纳米聚四氟乙烯颗粒具有较低的表面活化能，具有优良的疏水性能。在以上几种组分的共同作用下，可使得制备的化学镀层具有超疏水性能。

安全阀的腐蚀，主要是其表面覆盖水膜后，形成原电池造成。根据所述镀液制备的超疏水化学镀层附着力强、耐久性好，所述镀液适用于安全阀超疏水表面的制备。在安全阀表面（尤其是与介质接触的表面）覆盖超疏水化学镀层后，可大大减轻安全阀的腐蚀，增强其防垢性能，延长其使用寿命。

作为优选的，所述镀液中还包括糖精，其质量浓度为0.1~0.2g·L^-1。糖精为一种光亮剂，添加糖精后的镀液用于化学镀层时，可进一步提高工件表面的光泽和光亮度。

作为优选的，所述缓冲剂为醋酸钠、丁二酸、硼砂、焦磷酸钾中的一种或几种混合。缓冲剂还可为其他能够缓冲镀液PH的药剂。

进一步优选的，所述缓冲剂为醋酸钠，其质量浓度为20~30g·L^-1。醋酸钠具有成本低、方便易得，对环境无污染、缓冲效果好的优点。

作为优选的，所述络合剂为柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、乳酸、酒石酸钠、羟基乙酸、氨基乙酸、羟基丁二酸中的几种混合。通过所述几种络合剂的配合使用，可使得化学镀反应更容易控制，化学镀效果更好。

进一步优选的，所述络合剂为柠檬酸钠、葡萄糖酸钠和乳酸的混合，其中，柠檬酸钠的质量浓度为5~8g·L^-1，葡萄糖酸钠为25~35g·L^-1，乳酸为1.5~3g·L^-1。采用柠檬酸钠、葡萄糖酸钠和乳酸的混合作为络合剂，可以更好的控制镀速以及镀层的质量。其中，乳酸的含量为纯乳酸的含量。

本发明的发明目的之二是提供了一种简便、快捷、适用于大面积制备的安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法，该方法制得的镀层具有耐腐蚀、耐磨、防垢的性能，可延长安全阀的使用寿命。

本发明采用的技术方案为：一种安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法，包括以下步骤：

（1）按下述组分配方配制镀液母体：

按质量浓度计，镀液母体组分包括：硫酸镍 15~30g·L^-1，次磷酸钠 30~35g·L^-1，缓冲剂1~30g·L^-1，络合剂5~50g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液母体配制，然后用PH调节剂调整镀液母体PH为4.5~6；

（2）添加纳米聚四氟乙烯颗粒于镀液母体中至其质量浓度为0.5~1 g·L^-1，其后将纳米聚四氟乙烯颗粒在镀液母体中均匀分散，完成镀液的配制；

（3）搅拌加热镀液至80~90℃，随后将预处理过的安全阀待镀表面放入镀液中施镀；

（4）施镀完成后的安全阀表面镀层经水洗、干燥，其后于300~400℃温度下进行热处理0.8~2h，冷却后，即可使用。

在上述技术方案中，利用纳米聚四氟乙烯颗粒作为低表面能修饰物质，通过化学镀的方法将纳米聚四氟乙烯颗粒镶嵌到镀层中，通过适当热处理后，可制备得到具有超疏水性、抗腐蚀和耐磨的复合表面。

由于纳米聚四氟乙烯颗粒容易团聚，需将其随后添加至由其他组分配制成的镀液母体中，并使其在镀液中分散。镀层经热处理后，由非晶态转化为晶态，从而具有良好的耐磨性和较小的摩擦系数。

安全阀待镀表面的预处理方法为：除油→水洗→活化→水洗，其中，表面活化采用1~1.5wt%稀硫酸溶液活化。

作为优选的，所述步骤（2）中，将纳米聚四氟乙烯颗粒在镀液中均匀分散是通过高速剪切分散镀液15~25min，再将镀液搅拌磨研25~35min实现的。

作为优选的，所述步骤（1）中：所述络合剂为柠檬酸钠、葡萄糖酸钠和乳酸的混合，其中，柠檬酸钠的质量浓度为5~8g·L^-1，葡萄糖酸钠为25~35g·L^-1，乳酸为1.5~3g·L^-1；所述缓冲剂为醋酸钠，其质量浓度为20~30g·L^-1。所述镀液母体中还可加入糖精，其质量浓度为0.1~0.2g·L^-1。

本发明的目的之三是提供了一种防腐蚀、防垢、使用寿命长的安全阀。

本发明采用的技术方案为：一种防腐蚀安全阀，包括阀座以及与其紧密配合的阀瓣，阀瓣以及阀座的介质接触表面上镀有根据所述的制备方法制得的超疏水化学镀层。

作为优选的，所述安全阀上设有位于阀瓣上部且将阀瓣紧扣在阀座上的弹簧，弹簧的介质接触表面上镀有根据所述的制备方法制得的超疏水化学镀层。

作为优选的，所述弹簧外侧设有阀盖。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明的安全阀表面超疏水化学镀层的镀液简单、成本低，适用于大面积制备；

（2）本发明的安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法步骤简单，操作简便、快捷；

（3）本发明制备方法制得的镀层由于加入了低表面能修饰物质纳米聚四氟乙烯颗粒，使得镀层具有超疏水性能，避免了安全阀表面覆盖水膜引起的安全阀腐蚀以及水中污垢在安全阀表面的沉积；同时试验表明根据本发明制备方法制得的镀层的硬度较高，具有良好的耐磨性，延长了安全阀的使用寿命；

（4）本发明的防腐蚀安全阀由于表面覆盖了超疏水化学镀层，具有良好的防腐蚀、防垢的性能，使得安全阀使用寿命更长。

附图说明

图1为本发明制得的超疏水化学镀层的表面形貌；

图2为本发明防腐蚀安全阀的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，按质量浓度计，其组分包括：硫酸镍 25g·L^-1，次磷酸钠 30g·L^-1，醋酸钠20g·L^-1，柠檬酸钠5g·L^-1，葡萄糖酸钠25g·L^-1，乳酸1.5g·L^-1，纳米聚四氟乙烯颗粒0.5g·L^-1，糖精0.1 g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为5。

一种安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法，包括以下步骤：

（1）按下述组分配方配制镀液母体：

按质量浓度计，镀液母体组分包括：硫酸镍 25g·L^-1，次磷酸钠 30g·L^-1，醋酸钠20g·L^-1，柠檬酸钠5g·L^-1，葡萄糖酸钠25g·L^-1，乳酸1.5g·L^-1，糖精0.1 g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为5；

（2）添加纳米聚四氟乙烯颗粒于镀液母体中至其质量浓度为0.5 g·L^-1，镀液经高速剪切分散机剪切分散20min后，再搅拌磨研磨30min，以使纳米聚四氟乙烯颗粒的团聚体能够打散，且能够在镀液母体中分散均匀；

（3）搅拌加热镀液至80℃，随后将经除油→水洗→活化→水洗后的安全阀待镀表面放入镀液中施镀，大约1h后将其取出，其中，表面活化采用1wt%稀硫酸溶液活化；

（4）施镀完成后的安全阀表面镀层经水洗、干燥，其后于350℃温度下进行热处理1h，随炉自然冷却后，即可使用。

按照本实施例中的镀液及制备方法制得的超疏水化学镀层的表面形貌如下图1所示。从图1中可以看出，纳米聚四氟乙烯颗粒较为均匀的分散在镀层中。实际测试工件表面与水的接触角为130°，具有良好的超疏水性。

显微硬度测试表明：镀层表面硬度达到1100HV，比未处理前安全阀阀瓣的表面硬度900HV有一定的提升，能够提高阀瓣的耐磨性。

盐雾试验表明：经过72h盐雾试验，未施镀安全阀阀瓣腐蚀严重，施镀后的安全阀阀瓣基本上没有被腐蚀，表明经过化学镀处理后，阀瓣表面的抗腐蚀性大大提升。

实施例2：

一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，按质量浓度计，其组分包括：硫酸镍30g·L^-1，次磷酸钠35g·L^-1，醋酸钠30g·L^-1，柠檬酸钠8g·L^-1，葡萄糖酸钠35g·L^-1，乳酸3g·L^-1，糖精0.2 g·L^-1，纳米聚四氟乙烯颗粒1g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为6。

（1）按下述组分配方配制镀液母体：

按质量浓度计，镀液母体组分包括：硫酸镍30g·L^-1，次磷酸钠35g·L^-1，醋酸钠30g·L^-1，柠檬酸钠8g·L^-1，葡萄糖酸钠35g·L^-1，乳酸3g·L^-1，糖精0.2 g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为6；

（2）添加纳米聚四氟乙烯颗粒于镀液母体中至其质量浓度为1 g·L^-1，镀液经高速剪切分散机剪切分散25min后，再搅拌磨研磨35min，以使纳米聚四氟乙烯颗粒的团聚体能够打散，且能够在镀液母体中分散均匀；

（3）搅拌加热镀液至90℃，随后将经除油→水洗→活化→水洗后的安全阀待镀表面放入镀液中施镀，大约1h后将其取出，其中，表面活化采用1.5wt%稀硫酸溶液活化；

（4）施镀完成后的安全阀表面镀层经水洗、干燥，其后于400℃温度下进行热处理2h，随炉自然冷却后，即可使用。

按照本实施例中的镀液制得的超疏水化学镀层，实际测试工件表面与水的接触角为135°，具有良好的超疏水性。

显微硬度测试表明：镀层表面硬度达到1150HV，比未处理前安全阀阀瓣的表面硬度900HV有一定的提升，能够提高阀瓣的耐磨性。

实施例3：

一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，按质量浓度计，其组分包括：硫酸镍27g·L^-1，次磷酸钠32g·L^-1，焦磷酸钾1g·L^-1，柠檬酸钠6g·L^-1，葡萄糖酸钠30g·L^-1，乳酸2g·L^-1，糖精0.15 g·L^-1，纳米聚四氟乙烯颗粒0.7g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为5.5。

（1）按下述组分配方配制镀液母体：

按质量浓度计，镀液母体组分包括：硫酸镍27g·L^-1，次磷酸钠32g·L^-1，焦磷酸钾1g·L^-1，柠檬酸钠6g·L^-1，葡萄糖酸钠30g·L^-1，乳酸2g·L^-1，糖精0.15 g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为5.5；

（2）添加纳米聚四氟乙烯颗粒于镀液母体中至其质量浓度为0.7g·L^-1，镀液经高速剪切分散机剪切分散20min后，再搅拌磨研磨35min，以使纳米聚四氟乙烯颗粒的团聚体能够打散，且能够在镀液母体中分散均匀；

（3）搅拌加热镀液至85℃，随后将经除油→水洗→活化→水洗后的安全阀待镀表面放入镀液中施镀，大约1h后将阀瓣和阀座取出，其中，表面活化采用1.3wt%稀硫酸溶液活化；

（4）施镀完成后的安全阀表面镀层经水洗、干燥，其后于350℃温度下进行热处理1.5h，随炉自然冷却后，即可使用。

按照本实施例中的镀液制得的超疏水化学镀层，实际测试工件表面与水的接触角为140°，具有良好的超疏水性。

显微硬度测试表明：镀层表面硬度达到1160HV，比未处理前安全阀阀瓣的表面硬度900HV有一定的提升，能够提高阀瓣的耐磨性。

实施例4

一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，按质量浓度计，其组分包括：硫酸镍15g·L^-1，次磷酸钠30g·L^-1，丁二酸1g·L^-1，硼砂0.5g·L^-1，酒石酸钠2g·L^-1、羟基乙酸1g·L^-1、氨基乙酸1g·L^-1、羟基丁二酸1g·L^-1，乳酸1.5g·L^-1，糖精0.1 g·L^-1，纳米聚四氟乙烯颗粒0.5g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为5。

（1）按下述组分配方配制镀液母体：

按质量浓度计，镀液母体组分包括：硫酸镍15g·L^-1，次磷酸钠30g·L^-1，丁二酸1g·L^-1，硼砂0.5g·L^-1，酒石酸钠2g·L^-1、羟基乙酸1g·L^-1、氨基乙酸1g·L^-1、羟基丁二酸1g·L^-1，乳酸1.5g·L^-1，糖精0.1 g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为5；

（4）施镀完成后的安全阀表面镀层经水洗、干燥，其后于350℃温度下进行热处理0.8h，随炉自然冷却后，即可使用。

按照本实施例中的镀液制得的超疏水化学镀层，实际测试工件表面与水的接触角为130°，具有良好的超疏水性。

显微硬度测试表明：镀层表面硬度达到1210HV，比未处理前安全阀阀瓣的表面硬度900HV有一定的提升，能够提高阀瓣的耐磨性。

图2为一种防腐蚀安全阀，包括阀座2以及与其相配合的阀瓣1，还包括位于阀瓣1上部且将阀瓣1紧扣在阀座2上的弹簧3以及位于弹簧3外侧的阀盖4，其中，阀座2、阀瓣1和弹簧3的介质接触表面上镀有根据上述方法制得的超疏水化学镀层。

阀座2与安全阀的压力入口及出口相连通，作用在阀瓣1上的介质压力与作用在阀瓣1上的弹簧3的弹簧扩张力相互抵抗。当介质的压力低于弹簧3的设定值时，阀瓣1将阀座2封住，介质不能通过阀座2流到出口；当介质的压力高于弹簧3的设定值时，阀瓣1被介质的压力顶起，并与阀座2相脱离，介质通过阀座2流到出口从而使液压系统卸压。

在安全阀的阀瓣1、阀座2以及弹簧3的介质接触表面上覆盖超疏水化学镀层后，可大大减轻安全阀的腐蚀，还可增强安全阀的抗磨性以及防垢性能。

Claims

1.一种安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，其特征在于：按质量浓度计，其组分包括：硫酸镍 15~30g·L^-1，次磷酸钠 30~35g·L^-1，缓冲剂1~30g·L^-1，络合剂5~50g·L^-1，纳米聚四氟乙烯颗粒0.5~1g·L^-1；在20~28℃下，按照以上各组分配方，以蒸馏水为溶剂，进行镀液配制，然后用PH调节剂调整镀液PH为4.5~6。

2.如权利要求1所述的安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，其特征在于：所述镀液中还包括糖精，其质量浓度为0.1~0.2g·L^-1。

3.如权利要求1所述的安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，其特征在于：所述缓冲剂为醋酸钠、丁二酸、硼砂、焦磷酸钾中的一种或几种混合。

4.如权利要求3所述的安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，其特征在于：所述缓冲剂为醋酸钠，其质量浓度为20~30g·L^-1。

5.如权利要求1所述的安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，其特征在于：所述络合剂为柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、乳酸、酒石酸钠、羟基乙酸、氨基乙酸、羟基丁二酸中的几种混合。

6.如权利要求5所述的安全阀表面超疏水化学镀层的镀液，其特征在于：所述络合剂为柠檬酸钠、葡萄糖酸钠和乳酸的混合，其中，柠檬酸钠的质量浓度为5~8g·L^-1，葡萄糖酸钠为25~35g·L^-1，乳酸为1.5~3g·L^-1。

7.一种安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）按下述组分配方配制镀液母体：

8.如权利要求7所述的安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，将纳米聚四氟乙烯颗粒在镀液中均匀分散是通过高速剪切分散镀液15~25min，再将镀液搅拌磨研25~35min实现的。

9.如权利要求7所述的安全阀表面超疏水化学镀层的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述络合剂为柠檬酸钠、葡萄糖酸钠和乳酸的混合，其中，柠檬酸钠的质量浓度为5~8g·L^-1，葡萄糖酸钠为25~35g·L^-1，乳酸为1.5~3g·L^-1；所述缓冲剂为醋酸钠，其质量浓度为20~30g·L^-1。

10.一种防腐蚀安全阀，其特征在于，包括阀座以及与其紧密配合的阀瓣，阀瓣以及阀座的介质接触表面上镀有根据权利要求7~9中任一权利要求所述的制备方法制得的超疏水化学镀层。

11.如权利要求10所述的防腐蚀安全阀，其特征在于：所述安全阀上设有位于阀瓣上部且将阀瓣紧扣在阀座上的弹簧，弹簧的介质接触表面上镀有根据权利要求7~9中任一权利要求所述的制备方法制得的超疏水化学镀层。