CN104120413A - 稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层及其制备工艺，通过稀土铈超声诱导共沉积提高镀层中PTFE含量；在45号钢板⑴基体上制备Ni-P-PTFE防垢镀层⑵，镀层⑵中PTFE粒子含量30vol%-40vol%和结垢率0.000010g.m^-2.h^-1-0.000001g.m^-2.h^-1；具体制备工艺步骤为：1、试样制备及除油除锈处理；2、活性剂分散PTFE乳液；3、配制镀液；4、PTFE活化液与镀液混合；5、试样活化，铈诱导超声化学共沉积；6、烘干；7、性能检测。本发明的有益效果是：①活性剂能均匀分散PTFE粒子；②稀土诱导共沉积和超声施镀共同作用促使镀层中PTFE粒子含量高且分布均匀；③制备的Ni-P-PTFE镀层防垢性能好。

Description

稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种防垢复合镀层，更具体地说涉及一种稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层及其制备工艺。 

背景技术

随着油田原油开采的继续，油井的工矿条件趋于复杂（特别是含水量增高），油管的腐蚀失效行为越来越突出。为了确保原油的稳产，进一步降低采油成本，避免由于油管失效引起停工停产带来的经济损失，对油管进行防护处理显得尤为重要。目前，根据油管的自身特性和井下的工矿条件，对油管进行相应的表面改性处理是解决油管防护问题的关键。油管表面改性主要包括：热喷涂（喷塑）、涂敷、化学镀等。油管如采用热喷涂或涂敷的方法进行处理，则会产生空隙率高，涂层与基体结合强度低等不足。化学沉积Ni-P合金镀层具有孔隙率低，结合强度高、耐蚀性强等特点，在油田等领域得到了推广使用，但其防垢性能不佳有待提高。 

发明内容

聚四氟乙烯（PTFE）是高惰性的聚合物，其熔点为327℃，摩擦系数仅为0.04，本身具有憎水、憎油、不粘附的特性。针对聚四氟乙烯具备的性能特点，研究开发Ni-P-PTFE复合镀层，在不改变镀层耐蚀性的前提下，通过实验研究油管Ni-P-PTFE 化学复合镀层的阻垢性能，获得了具有较强阻垢性能的复合镀层，有效地抑制油管表面垢的形成，最大限度地降低因油管失效所带来的经济损失。 

本发明公开一种稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层及其制备工艺，解决化学镀Ni-P合金⑷镀层存在的阻垢性能不佳的缺点；通过稀土铈超声诱导共沉积提高镀层中PTFE粒子含量，在保证镀层耐蚀性的前提下，提高镀层防垢性能。 

本发明实现上述目的的技术方案是采用以下镀层制备工艺，在45号钢板基体上利用稀土铈超声诱导共沉积的方法在超声作用下镀覆Ni-P-PTFE镀层。 

所述制备工艺步骤如下： 

第一步，试样前处理：将厚度为1mm的45号钢板⑴切割成35mm×35mm的方板，依次用200号、400号、600号、800号、1000号砂纸打磨后抛光为表面粗糙度小于Ra0.8的试样；并用酒精除油20min后，用10%NaOH溶液除锈10min；

第二步，PTFE活化液配置：机械搅拌（转速：400r/min）活性剂FC-134（纯度>90%）:1g/L -2g/L和PTFE乳液:1g/L -4g/L的混合液1h -2h； 

第三步，镀液配置400ml：配制镀液成分含量为：硫酸镍：20g/L -30 g/L；次亚磷酸钠:20g/L -25g/L；柠檬酸：4g/L -6g/L；乙酸钠：16g/L； PTFE（粒度为0.5μm）:1g/L -4g/L；活性剂FC-134（纯度>90%）:1g/L -2g/L；硫酸铈:0.1g/L -0.2g/L；

第四步，配置PTFE活化液与镀液的混合液：机械搅拌（转速：400r/min）PTFE活化液与镀液的混合液2h；

第五步，施镀：将前处理的试样与活化好的混合液放入超声（超声频率为800Hz-1000Hz）水浴锅中施镀3h；

第六步，试样后处理：将施镀试样取出放入100℃烘干炉中烘干30min；

第七步，性能测试：测试试样镀层⑵的PTFE粒子⑶含量和结垢率，测试结果：镀层⑵中PTFE粒子⑶含量30vol%-40vol%和结垢率0.000010 g.m^-2.h^-1-0.000001g.m^-2.h^-1。

与现有技术化学镀相比，本发明在超声搅拌和稀土铈诱导共沉积的共同作用下，促使更多黑色PTFE粒子⑶沉积到基体表面，其余为灰色Ni-P合金⑷，形成均匀的高PTFE粒子⑶含量的Ni-P-PTFE镀层⑵，从而显著的提高了镀层防垢性能。 

本发明的有益效果是： 

⑴ 活性剂能均匀分散PTFE粒子；

⑵稀土诱导共沉积和超声施镀共同作用促使镀层中PTFE粒子含量高

且分布均匀； 

⑶制备的Ni-P-PTFE镀层防垢性能好。

附图说明

图1是镀层结构图； 

图2是表面形貌金相照片。

图标说明： 45号钢板1、镀层2、PTFE粒子3、灰色Ni-P合金4。 

具体实施方式

各具体实施例中均需： 

第一步试样前处理：将厚度为1mm的45号钢板⑴切割成35mm×35mm的方板，依次用200号、400号、600号、800号、1000号砂纸打磨后抛光为表面粗糙度小于Ra0.8的试样；并用酒精除油20min后，用10%NaOH溶液除锈10min；

第四步，配置PTFE活化液与镀液的混合液：机械搅拌（转速：400r/min）PTFE活化液与镀液的混合液2h；

第六步，试样后处理：将施镀试样取出放入100℃烘干炉中烘干30min。

实施例1： 

第二步，机械搅拌（转速：400r/min）活性剂FC-134（纯度>90%）：1g/L和PTFE乳液：1g/L的混合液1h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：20g/L；次亚磷酸钠:20g/L；柠檬酸：4g/L；乙酸钠：16g/L； PTFE（粒度为0.5μm）:1g/L；活性剂FC-134（纯度>90%）:1g/L；硫酸铈:0.1g/L；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声（超声频率为800Hz）水浴锅中施镀3h；

第七步，镀层⑵（见图1）的性能：镀层⑵致密，厚度为80μm，镀层⑵中PTFE粒子⑶含量30vol%（见图2），防垢率为0.000010g.m^-2.h^-1。

实施例2： 

第二步，机械搅拌（转速：400r/min）活性剂FC-134（纯度>90%）：2g/L和PTFE乳液：2g/L的混合液2h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：30g/L；次亚磷酸钠:25g/L；柠檬酸：6g/L；乙酸钠：16g/L； PTFE（粒度为0.5μm）:4g/L；活性剂FC-134（纯度>90%）:2g/L；硫酸铈:0.2g/L；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声（超声频率为1000Hz）水浴锅中施镀3h；

第七步，镀层⑵（见图1）的性能：镀层⑵致密，厚度为98μm，镀层⑵中PTFE粒子⑶含40vol%（见图2），防垢率为0.000001g.m^-2.h^-1。

实施例3： 

第二步，机械搅拌（转速：400r/min）活性剂FC-134（纯度>90%）：1.5g/L和PTFE乳液：3g/L的混合液1.5h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：25g/L；次亚磷酸钠:25g/L；柠檬酸：5g/L；乙酸钠：16g/L； PTFE（粒度为0.5μm）:2g/L；活性剂FC-134（纯度>90%）:1.5g/L；硫酸铈:0.15g/L；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声（超声频率为900Hz）水浴锅中施镀3h；

第七步，镀层⑵（见图1）的性能：镀层⑵致密，厚度为90μm，镀层⑵中PTFE粒子⑶含量35vol%（见图2），防垢率为0.000004g.m^-2.h^-1。

实施例4： 

第二步，机械搅拌（转速：400r/min）活性剂FC-134（纯度>90%）：1.6g/L和PTFE乳液： 4g/L的混合液3h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：28g/L；次亚磷酸钠:22g/L；柠檬酸：4.5g/L；乙酸钠：16g/L； PTFE（粒度为0.5μm）:3g/L；活性剂FC-134（纯度>90%）:1.8g/L；硫酸铈:0.12g/L；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声（超声频率为850Hz）水浴锅中施镀3h；

第七步，镀层⑵（见图1）的性能：镀层⑵致密，厚度为85μm，镀层⑵中PTFE粒子⑶含量34vol%（见图2），防垢率为0.000006g.m^-2.h^-1。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

附表：具体实施例镀液组成及性能参数见表1。 

表1 

 表1

Claims (10)

1.一种稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层，其特征在于：所述镀层⑵中PTFE粒子⑶含量30vol%-40vol%和结垢率0.000010 g.m^-2.h^-1-0.000001g.m^-2.h^-1。

2.根据权利要求1所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺步骤如下：

第一步，试样前处理：将厚度为1mm的45号钢板⑴切割成35mm×35mm的方板，依次用200号、400号、600号、800号、1000号砂纸打磨后抛光为表面粗糙度小于Ra0.8的试样；并用酒精除油20min后，用10%NaOH溶液除锈10min；

第二步，PTFE活化液配置：转速为400r/min的机械搅拌纯度>90%的活性剂FC-134:1g/L -2g/L和PTFE乳液:1g/L -4g/L的混合液1h -2h； 

第三步，镀液配置400ml：配制镀液成分含量为：硫酸镍：20g/L -30 g/L；次亚磷酸钠:20g/L -25g/L；柠檬酸：4g/L -6g/L；乙酸钠：16g/L；粒度为0.5μm的PTFE:1g/L -4g/L；纯度>90%的活性剂FC-134:1g/L -2g/L；硫酸铈:0.1g/L -0.2g/L；

第四步，配置PTFE活化液与镀液的混合液：转速为400r/min的机械搅拌PTFE活化液与镀液的混合液2h；

第五步，施镀：将前处理的试样与活化好的混合液放入超声频率为800Hz-1000Hz的超声水浴锅中施镀3h；

第六步，试样后处理：将施镀试样取出放入100℃烘干炉中烘干30min。

3.根据权利要求1所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层，其特征在于：所述镀层⑵中PTFE粒子⑶含量30vol%，防垢率为0.000010g.m^-2.h^-1。

4.根据权利要求3所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺步骤如下：

第一步，试样前处理：将厚度为1mm的45号钢板⑴切割成35mm×35mm的方板，依次用200号、400号、600号、800号、1000号砂纸打磨后抛光为表面粗糙度小于Ra0.8的试样；并用酒精除油20min后，用10%NaOH溶液除锈10min；

第二步，转速为400r/min的机械搅拌纯度>90%的活性剂FC-134：1g/L和PTFE乳液：1g/L的混合液1h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：20g/L；次亚磷酸钠:20g/L；柠檬酸：4g/L；乙酸钠：16g/L；粒度为0.5μm的PTFE:1g/L；纯度>90%的活性剂FC-134:1g/L；硫酸铈:0.1g/L；

第四步，配置PTFE活化液与镀液的混合液：转速为400r/min的机械搅拌PTFE活化液与镀液的混合液2h；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声频率为800Hz的超声水浴锅中施镀3h；

第六步，试样后处理：将施镀试样取出放入100℃烘干炉中烘干30min。

5.根据权利要求1所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层，其特征在于：所述镀层⑵中PTFE粒子⑶含量40vol%，防垢率为0.000001g.m^-2.h^-1。

6.根据权利要求5所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺步骤如下：

第一步，试样前处理：将厚度为1mm的45号钢板⑴切割成35mm×35mm的方板，依次用200号、400号、600号、800号、1000号砂纸打磨后抛光为表面粗糙度小于Ra0.8的试样；并用酒精除油20min后，用10%NaOH溶液除锈10min；

第二步，转速为400r/min的机械搅拌纯度>90%的活性剂FC-134：2g/L和PTFE乳液：2g/L的混合液2h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：30g/L；次亚磷酸钠:25g/L；柠檬酸：6g/L；乙酸钠：16g/L；粒度为0.5μm的PTFE:4g/L；纯度>90%的活性剂FC-134:2g/L；硫酸铈:0.2g/L；

第四步，配置PTFE活化液与镀液的混合液：转速为400r/min的机械搅拌PTFE活化液与镀液的混合液2h；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声频率为1000Hz的超声水浴锅中施镀3h；

第六步，试样后处理：将施镀试样取出放入100℃烘干炉中烘干30min。

7.根据权利要求1所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层，其特征在于：所述镀层⑵中PTFE粒子⑶含量35vol%，防垢率为0.000004g.m^-2.h^-1。

8.根据权利要求7所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺步骤如下：

第一步，试样前处理：将厚度为1mm的45号钢板⑴切割成35mm×35mm的方板，依次用200号、400号、600号、800号、1000号砂纸打磨后抛光为表面粗糙度小于Ra0.8的试样；并用酒精除油20min后，用10%NaOH溶液除锈10min；

第二步，转速为400r/min的机械搅拌纯度>90%的活性剂FC-134：1.5g/L和PTFE乳液：3g/L的混合液1.5h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：25g/L；次亚磷酸钠:25g/L；柠檬酸：5g/L；乙酸钠：16g/L；粒度为0.5μm的PTFE:2g/L；纯度>90%的活性剂FC-134:1.5g/L；硫酸铈:0.15g/L；

第四步，配置PTFE活化液与镀液的混合液：转速为400r/min的机械搅拌PTFE活化液与镀液的混合液2h；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声频率为900Hz的超声水浴锅中施镀3h；

第六步，试样后处理：将施镀试样取出放入100℃烘干炉中烘干30min。

9.根据权利要求1所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层，其特征在于：所述镀层⑵中PTFE粒子⑶含量34vol%，防垢率为0.000006g.m^-2.h^-1。

10.根据权利要求9所述稀土铈诱导超声化学共沉积Ni-P-PTFE防垢镀层的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺步骤如下：

第一步，试样前处理：将厚度为1mm的45号钢板⑴切割成35mm×35mm的方板，依次用200号、400号、600号、800号、1000号砂纸打磨后抛光为表面粗糙度小于Ra0.8的试样；并用酒精除油20min后，用10%NaOH溶液除锈10min；

第二步，转速为400r/min的机械搅拌纯度>90%的活性剂FC-134：1.6g/L和PTFE乳液：4g/L的混合液3h； 

第三步，镀液成分含量为：硫酸镍：28g/L；次亚磷酸钠:22g/L；柠檬酸：4.5g/L；乙酸钠：16g/L；粒度为0.5μm的PTFE:3g/L；纯度>90%的活性剂FC-134:1.8g/L；硫酸铈:0.12g/L；

第四步，配置PTFE活化液与镀液的混合液：转速为400r/min的机械搅拌PTFE活化液与镀液的混合液2h；

第五步，将前处理的试样与活化好的混合液放入超声频率为850Hz的超声水浴锅中施镀3h；

第六步，试样后处理：将施镀试样取出放入100℃烘干炉中烘干30min。