CN103898497B - 铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法 - Google Patents

铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法。铜镍合金经表面预处理后浸渍在稀土铈盐化学转化溶液中处理1-8h，清洗、烘干在铜镍合金表面生成保护性膜层，所述稀土铈盐化学转化溶液的组成为每升水含稀土铈盐1-8g、体积分数为30%的双氧水1-5mL，稀土铈盐化学转化溶液的pH为4-6。利用本发明的技术方案得到的化学转化膜不仅与基体有着较强的结合力，使得在长期服役过程中不易破裂脱落，而且转化膜极为致密，使合金的耐蚀性能显著提高。

Description

铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法
技术领域
本发明涉及的是一种合金表面的处理方法，具体涉及一种对铜镍合金表面进行化学转化膜处理地方法。
背景技术
海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种较强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。所以要求所用材料也具备在海洋环境中特殊的耐蚀性能。
铜镍合金较其他铜合金的机械性能、物理性能都异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、富有深冲性能，被广泛使用于造船领域，研究其耐蚀性有很大的现实意义。
B10、B30铜镍合金都是国际上公认的耐海水腐蚀性能优良的铜合金，在斟外海洋工程中得到广泛应用。多数研究者认为，B10、B30合金的耐海水冲刷腐蚀性能优良，腐蚀的温度敏感性较低，且具备优良的抗污性能。
铜镍合金在长期浸泡可以形成富镍富铁的表面保护性膜层，可以缓解海水对材料基体的腐蚀。但是在长期使用和科学研究中发现，在材料表面形成的保护性膜层与基体结合并不牢固，当膜层达到一定厚度，受外力作用或温度骤变等情况下，膜层很容易破裂以至脱落，失去对基体的保护。
现阶段在海洋环境中服役的铜镍合金，其耐蚀性能的主要依靠材料本身的性能，其表面性能的提高还有待研究。因此，开发一种适用性广、操作方便的铜镍合金表面化学转化膜处理工艺对船海领域有很大的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种得到的化学转化膜不仅与基体有着较强的结合力，使得在长期服役过程中不易破裂脱落，而且转化膜极为致密，使合金的耐蚀性能显著提高的铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法。
本发明的目的是这样实现的：
铜镍合金经表面预处理后浸渍在稀土铈盐化学转化溶液中处理1-8h，清洗、烘干在铜镍合金表面生成保护性膜层，所述稀土铈盐化学转化溶液的组成为每升水含稀土铈盐1-8g、体积分数为30%的双氧水1-5mL，稀土铈盐化学转化溶液的pH为4-6。
所述稀土铈盐为硝酸铈或氯化铈的一种或两种混合物。
铜镍合金的表面预处理包括：
a.将铜镍合金浸泡在除油剂剂中在超声条件下处理1-5h；所述除油剂为无水乙醇或丙酮；
b.去离子水冲洗；
c.放入60-80℃碱性溶液浸泡1-5min；所述碱性溶液的配比为每升水中含碳酸钠10-20g、氢氧化钠15-30g；
d.去离子水冲洗。
所述稀土铈盐化学转化溶液是先将稀土铈盐溶解在双氧水中，再加水定容所得到的溶液。
由于海洋环境其独特复杂的腐蚀环境，要求船用材料表面特殊的耐腐蚀性能。利用本发明的技术方案得到的化学转化膜不仅与基体有着较强的结合力，使得在长期服役过程中不易破裂脱落，而且转化膜极为致密，使合金的耐蚀性能显著提高。
本发明具有的技术效果主要体现在：
（1）本发明适用于船海领域用铜镍合金表面转化膜处理。转化膜不含如三价铬或六价铬等对环境和人体有害的物质。
（2）利用该技术得到的化学转化膜与基体有着较强的结合力，使得在长期服役过程中不易破裂脱落，进而能保证船用材料得到持续的保护。
（3）服役材料在海水中长期浸泡时，与未经处理的合金材料上生长腐蚀产物膜相比，利用该技术得到的化学转化膜更为致密，使合金的耐蚀性能显著提高。
（4）本发明转化膜可以保证，材料在长期服役中海水流速在一定范围内依然可以在合金表面生成保护性膜层。
附图说明
图1直径13mm的B10硝酸铈化学转化膜处理试样宏观形貌。
图2a-图2bB10化学转化膜处理后低倍率SEM照片以及EDX能谱。
图3a-图3bB10化学转化膜处理后高倍率SEM照片以及EDX能谱。
图4B10化学转化膜处理后表征Ce元素的XPS谱图。
图5a-图5bB30未经化学转化膜处理在海水中长期浸泡交流阻抗谱图以及膜层电阻变化图。
图6a-图6bB30经化学转化膜处理后在海水中长期浸泡交流阻抗谱图以及膜层电阻变化图。
图7a-图7bB10经化学转化膜处理后在海水中长期浸泡交流阻抗谱图以及膜层电阻变化图。
具体实施方式
本发明的铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法主要包括以下步骤：
(1)铜镍合金表面预处理；
(2)稀土铈盐化学转化溶液处理；
(3)清洗，烘干；
其中步骤(1)铜镍合金表面预处理处理的方法步骤如下所述：
a.用除油剂浸泡除油，浸泡时将容器一起放入超声设备中同时超声处理，时间1-5h;
b.去离子水冲洗；
c.放入60-80℃碱性溶液浸泡1-5min;
d.去离子水冲洗。
其中所述除油剂选自：无水乙醇，丙酮等有机溶剂；所述碱性溶液为：碳酸钠和氢氧化钠溶液，碱性溶液的配比为每升水中含碳酸钠10-20g，氢氧化钠15-30g。
化学转化膜处理过程中所用的溶液的配方为：每升水含硝酸铈或氯化铈1-8g、30%的双氧水体积分数1-5mL，其中铈盐选择硝酸铈或氯化铈的一种或两种混合使用，调pH至4-6，pH用硝酸铈和氯化铈对应的稀硝酸和稀盐酸调配。
在配制上述处理液需要注意的事项：铈盐与双氧水首先在烧杯里充分混合均匀之后再加适量的去离子水；而且配制好的处理溶液放置时间不宜过长，在24h内使用为宜。
其中步骤（2）稀土铈盐化学转化溶液处理的方法步骤如下所述：
将经步骤（1）预处理的铜镍合金放入上述的铈盐化学处理液中，控制温度在20-50℃，浸渍时间为1-8h。
铈盐化学转溶液处理中需要的注意事项：在铜镍合金在化学转化膜处理液中浸渍时，必须要配合一定速度的搅拌，其搅拌速度控制在5-15r/s为宜。
其中步骤（3）清洗，烘干的方法步骤如下所述：
取出之后，应该用去离子水冲洗为宜，热风吹干，不可超声清洗。
下面结合实例对本发明做进一步说明。
实施例1：对B10铜镍合金做稀土铈转化膜处理实例
将B10管材切割成厚1.5mm，直径13mm圆片状试样
用丙酮浸泡除去切割试样时残留的油污，浸泡时将烧杯一起放入超声设备中同时超声处理，时间3h;
依次用400#、1000#、2000#砂纸打磨试样，然后抛光，便于后期做形貌观察；
去离子水冲洗；由于有了打磨抛光的步骤，可省去碱洗的步骤；
配置转化膜处理液：用天平称4gCe(NO3)3·H2O，量筒量取2ml30%H2O2，将二者混合均匀，加去离子水至一升；用稀硝酸调pH至4.5；
而且配制好的处理溶液放置时间不宜过长，在24h内使用；
将上述处理的B10试样刚配制好的硝酸铈双氧水溶液中，控制温度在30℃，浸渍时间为3h，在浸泡过程中用搅拌器以10r/s的速度搅拌；
将处理完成的B10试样取出之后，用去离子水冲洗，热风吹干；
对试样做SEM/EDX（扫描电镜和能谱分析）和XPS（光电子能谱分析）。
实施例2：对比做过化学转化膜处理与未处理的B10试样在海水中长期浸泡形成保护性膜层
将B10管材切割成厚1.5mm，直径13mm圆片状试样；
用丙酮浸泡除去切割试样时残留的油污，浸泡时将烧杯一起放入超声设备中同时超声处理，时间3h；
将B10试样用粉末涂料把试样侧面和背面封涂，露出工作面作为电极，方便做电化学测试；
对其中一个B10试样做化学转化膜处理，其方法同实施例1，命名a，未做处理的试样，命名b；
将a、b试样同时浸泡在人工海水中，长期浸泡使电极表面生成保护性膜层并实时观察膜层形貌；
人工海水(GB/T15748-1995)化学成分如下表所示
定期监测a、b电极表面膜层电化学阻抗谱，采用三电极体系，对电极用铂电极，参比电极用Ag/AgCl-饱和KCl标准电极，测试溶液为人工海水原位测试。
实施例3：对比做过化学转化膜处理与未处理的B30试样在海水中长期浸泡形成保护性膜层
将B30管材切割成厚1.5mm，直径13mm圆片状试样；
用丙酮浸泡除去切割试样时残留的油污，浸泡时将烧杯一起放入超声设备中同时超声处理，时间3h；
将B30试样用粉末涂料把试样侧面和背面封涂，露出工作面作为电极，方便做电化学测试；
对其中一个B30试样做化学转化膜处理，其方法同实施例1，命名c，未做处理的试样，命名d；
将c、d试样同时浸泡在人工海水中，长期浸泡使电极表面生成保护性膜层并实时观察膜层形貌；
人工海水(GB/T15748-1995)化学成分如上实施例2表所示；
定期监测c、d电极表面膜层电化学阻抗谱，采用三电极体系，对电极用铂电极，参比电极用Ag/AgCl-饱和KCl标准电极，测试溶液为人工海水原位测试。

Claims (3)

1.一种铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法，其特征是：铜镍合金经表面预处理后浸渍在稀土铈盐化学转化溶液中处理1-8h，清洗、烘干在铜镍合金表面生成保护性膜层，所述稀土铈盐化学转化溶液的组成为每升水含稀土铈盐1-8g、体积分数为30％的双氧水1-5mL，稀土铈盐化学转化溶液的pH为4-6；所述表面预处理具体包括：
a.将铜镍合金浸泡在除油剂剂中在超声条件下处理1-5h；所述除油剂为无水乙醇或丙酮；
b.去离子水冲洗；
c.放入60-80℃碱性溶液浸泡1-5min；所述碱性溶液的配比为每升水中含碳酸钠10-20g、氢氧化钠15-30g；
d.去离子水冲洗。
2.根据权利要求1所述的铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法，其特征是：所述稀土铈盐为硝酸铈或氯化铈的一种或两种混合物。
3.根据权利要求1或2所述的铜镍合金铈盐化学转化膜处理方法，其特征是：所述稀土铈盐化学转化溶液是先将稀土铈盐溶解在双氧水中，再加水定容所得到的溶液。
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