CN104451687B - 极板表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种极板表面处理方法，具体步骤包括：A．对碳钢材质的极板表面进行清洁；B．对极板表面进行酸腐蚀处理；C．对极板表面进行离子置换处理，使得极板表面和凹坑内的部分铁与铜离子发生置换反应，析出铜；D．对极板表面进行碱腐蚀处理，使得极板表面和凹坑内形成更多更细小的凹坑；E．对极板表面进行去垢处理；将极板放入常温的强酸溶液中进行搅动，去除极板表面的杂质，然后用清水进行冲洗；F．将极板浸入40℃的处理液中15min，取出后用清水冲洗并烘干。
Description
本申请是分案申请，原申请的发明创造名称：水电解极板表面处理方法，申请号：201210538399.X，申请日：2012-12-13。
技术领域
本发明涉及一种对碳钢极板的表面进行腐蚀处理并形成保护膜的工艺方法，属于金属表面处理技术领域。
背景技术
水电解是使水在直流电的作用下分解出氢气或氧气。整套水电解设备中电解槽是其最核心的装置之一。工业上常用的水电解槽根据需要由数十个到上百个电解小室按规律叠压构成。每个电解小室由阳极板、氧催化电极、阻气隔膜、绝缘密封垫片、氢催化电极、阴极板等组成。阳极板和阴极板通常采用碳钢钢板制成。
由于强酸性电解质组成的电解液对金属具有强烈的腐蚀性，所以电解槽的电解液一般采用浓度为25%至30%的氢氧化钾或氢氧化钠溶液。在电场的作用下，钾离子或钠离子向负极移动，氢氧根离子向正极移动，从而析出氢气和氧气。为了降低过电位，减少电能消耗，电解槽的工作温度一般为85℃至90℃。这样的碱浓度和温度极易对碳钢钢板造成碱蚀，所以必须对阳极板和阴极板进行防腐处理。由于纯镍的耐碱蚀性能十分优异，目前，水电解行业通常采用镀镍的碳钢钢板作为水电解槽的阴阳极板。
根据研究结果显示，由于镀镍的碳钢极板实际上并不可能被镀镍层完全地包覆，镀镍层上不可避免地会存有微孔。当极板处于有害离子形成的电解液中，这些有害离子可进入镀镍层的微孔中，并在微孔中富集，与铁离子发生水解反应，形成腐蚀性极强的酸，持续对极板进行腐蚀。此外，由于镀镍层是一种阴极性的镀层，镍的标准电极电位为-0.25V，铁的标准电极电位为-0.44V，镀镍层与碳钢基体会形成一对电偶，当它们同时暴露在电解液中就会发生电化学反应。在微孔内的铁是阳极，失去电子被溶解；在外的镍是阴极，得到电子，并将水电解放出氢。由此可知，采用一般工艺制成的镀镍碳钢极板被腐蚀的可能性极大。一旦极板出现严重的腐蚀会导致氢氧气体互串、漏碱以及电短路，很有可能引起爆炸，威胁人员和设备的安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种对碳钢极板的表面进行腐蚀处理并形成保护膜，可有效提高极板镀镍后的耐腐蚀性的水电解极板表面处理方法。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种水电解极板表面处理方法，包括以下步骤：
A．对碳钢材质的极板表面进行清洁；
B．将极板浸泡在酸腐蚀溶液中5min至15min，对极板表面进行酸腐蚀，所述酸腐蚀溶液的成分为8wt%至15wt%的硝酸，2wt%至8wt%的乙二酸，其余为水；
C．将极板浸泡在铜离子溶液中3min至8min，铁与铜离子发生置换反应；
D．将极板浸泡在碱腐蚀溶液中5min至15min，对极板表面进行碱腐蚀，所述碱腐蚀溶液由10g/L至30g/L的氢氧化钠溶液和10g/L至30g/L的硝酸钠溶液混合而成；
E．将极板放入浓度大于或等于30%的强酸溶液中，去除极板表面的杂质；
F．将极板浸泡在处理液中10min至20min，在极板表面形成保护膜，所述处理液的成分为5wt%至12wt%的次氨基三乙酸，0.5wt%至3wt%的络合剂，0.2wt%至2wt%的缓蚀剂，0.1wt%至0.5wt的表面活性剂，0.02wt%至2wt%的pH调节剂，其余为水；所述处理液的pH值为3至6。
上述络合剂是柠檬酸钠、乳酸钠、苹果酸钠中的一种或多种。
上述缓蚀剂是苯并三氮唑、碘化钾、甲基苯并三唑中的一种或多种。
上述表面活性剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或正辛基硫酸钠中的一种或多种。
上述pH调节剂是三乙醇胺、三乙胺中的一种或两种。
上述铜离子溶液是150mg/L至500mg/L的硫酸铜溶液或氯化铜溶液。
上述强酸溶液是温度为25℃至50℃的硝酸溶液、盐酸溶液或硫酸溶液。
上述酸腐蚀溶液的温度为40℃至60℃，所述铜离子溶液的温度为30℃至45℃，所述碱腐蚀溶液的温度为30℃至45℃。
上述处理液的温度为25℃至45℃，极板从处理液中取出后用清水冲洗并烘干，烘干温度为80℃至150℃。
本发明具有积极的效果：本发明的水电解极板表面处理方法是先对极板进行腐蚀处理，再在极板表面形成保护膜，腐蚀处理使得极板的表面生成细小的微孔，表面变得粗糙，有利于保护膜更好地复合在极板上。腐蚀处理时，先进行酸性腐蚀在极板表面生成微孔，再进行碱性腐蚀在极板表面和微孔中生成更加细小的微孔，从而使得微孔位于更深层的位置，发生置换反应的部分碱性腐蚀效果较弱，从而使得微孔的分布更加分散，有利于增加粗糙度，提高保护膜的复合效果。处理液以次氨基三乙酸作为主要成分，以络合剂、缓蚀剂、表面活性剂作为辅助成分，可以在极板的表面形成致密的保护膜，有效地隔离铁与镀镍层接触，有效地提升极板的耐腐蚀性。次氨基三乙酸由三个羧基通过各自的氧和氮作二配位至四配位可以与铁离子形成络合物，螯合能力极强；加入络合剂和缓蚀剂可以进一步提高保护膜的耐腐蚀性，加入表面活性剂可以明显提高保护膜的表面张力使得极板保护膜更加致密。本发明的处理液中不采用钝化剂，不过多地采用络合剂、缓蚀剂，而是大量采用成本低廉的次氨基三乙酸，可以在保证成膜质量的前提下，大大降低生产成本，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
实施例1
本实施例的水电解极板表面处理方法，具体步骤如下：
A．对碳钢材质的极板表面进行清洁：依次经过除油、水洗、酸洗工序，将附着在极板表面的油污、灰尘、锈蚀等清除。
B．对极板表面进行酸腐蚀处理。将极板浸泡在温度为60℃的酸腐蚀溶液中10min，使得极板表面被初步腐蚀，形成微小的凹坑，凹坑的直径小于10μm。所述酸腐蚀溶液的成分为10wt%的硝酸，5wt%的乙二酸，其余为水。
C．对极板表面进行离子置换处理。将极板浸泡在温度为40℃的铜离子溶液中5min，使得极板表面和凹坑内的部分铁与铜离子发生置换反应，析出铜。所述铜离子溶液是250mg/L的硫酸铜溶液。
D．对极板表面进行碱腐蚀处理。将极板浸泡在温度为30℃的碱腐蚀溶液中10min，使得极板表面和凹坑内形成更多更细小的凹坑。所述碱腐蚀溶液由20g/L的氢氧化钠溶液和20g/L的硝酸钠溶液混合而成。
E．对极板表面进行去垢处理。将极板放入常温的强酸溶液中进行搅动，去除极板表面的杂质，然后用清水进行冲洗。所述强酸溶液是浓度为30%的硝酸溶液。
F．将极板浸入40℃的处理液中15min，取出后用清水冲洗并烘干，烘干温度为90℃。极板表面形成耐腐蚀保护膜。所述处理液的成分为：10wt%的次氨基三乙酸，3wt%的柠檬酸钠，1wt%的苯并三氮唑，0.3wt%的十二烷基硫酸钠，其余为水，用三乙醇胺调节pH值为3。
实施例2
本实施例的水电解极板表面处理方法，具体步骤如下：
A．对碳钢材质的极板表面进行清洁：依次经过除油、水洗、酸洗工序，将附着在极板表面的油污、灰尘、锈蚀等清除。
B．对极板表面进行酸腐蚀处理。将极板浸泡在温度为50℃的酸腐蚀溶液中15min。所述预腐蚀溶液的成分为8wt%的硝酸，8wt%的乙二酸，其余为水。
C．对极板表面进行离子置换处理。将极板浸泡在温度为40℃的铜离子溶液中8min，使得极板表面和凹坑内的部分铁与铜离子发生置换反应，析出铜。所述铜离子溶液是200mg/L的硫酸铜溶液。
D．对极板表面进行碱腐蚀处理。将极板浸泡在温度为35℃的碱腐蚀溶液中5min，使得极板表面和凹坑内形成更多更细小的凹坑。所述碱腐蚀溶液由10g/L的氢氧化钠溶液和30g/L的硝酸钠溶液混合而成。
E．对极板表面进行去垢处理。将极板放入温度为40℃的强酸溶液中进行搅动，去除极板表面的杂质，然后用清水进行冲洗。所述强酸溶液是浓度为40%的盐酸溶液。
F．将极板浸入25℃的处理液中20min，取出后用清水冲洗并烘干，烘干温度为80℃。极板表面形成耐腐蚀保护膜。所述处理液的成分为：8wt%的次氨基三乙酸，1wt%的乳酸钠，0.5wt%的碘化钾，0.2wt%的十二烷基苯磺酸钠，其余为水，用三乙胺调节pH值为4.5。
实施例3
本实施例的水电解极板表面处理方法，具体步骤如下：
A．对碳钢材质的极板表面进行清洁：依次经过除油、水洗、酸洗工序，将附着在极板表面的油污、灰尘、锈蚀等清除。
B．对极板表面进行酸腐蚀处理。将极板浸泡在温度为55℃的酸腐蚀溶液中8min。所述预腐蚀溶液的成分为15wt%的硝酸，3wt%的乙二酸，其余为水。
C．对极板表面进行离子置换处理。将极板浸泡在温度为40℃的铜离子溶液中5min，使得极板表面和凹坑内的部分铁与铜离子发生置换反应，析出铜。所述离子溶液是300mg/L的氯化铜溶液。
D．对极板表面进行碱腐蚀处理。将极板浸泡在温度为40℃的碱腐蚀溶液中8min，使得极板表面和凹坑内形成更多更细小的凹坑。所述碱腐蚀溶液由30g/L的氢氧化钠溶液和15g/L的硝酸钠溶液混合而成。
E．对极板表面进行去垢处理。将极板放入常温的强酸溶液中进行搅动，去除极板表面的杂质，然后用清水进行冲洗。所述强酸溶液是浓度为40%的硝酸溶液。
F．将极板浸入35℃的处理液中12min，取出后用清水冲洗并烘干，烘干温度为120℃。极板表面形成耐腐蚀保护膜。所述处理液的成分为：12wt%的次氨基三乙酸，2wt%的苹果酸钠，0.5wt%的甲基苯并三唑，0.2wt%的正辛基硫酸钠，其余为水，用三乙醇胺调节pH值为4。
对经过实施例1至3的水电解极板表面处理方法的极板采用常规工艺进行镀镍，然后进行盐雾测试。将试样放入盐雾试验箱内，采用5%的NaCl溶液，湿度为70%，温度为50℃，每天持续喷雾8h，连续10天，极板表面无明显的腐蚀现象。
Claims (1)
1.一种水电解极板表面处理方法，包括以下步骤：
A．对碳钢材质的极板表面进行清洁；
B．将极板浸泡在酸腐蚀溶液中5min 至15min，对极板表面进行酸腐蚀，所述酸腐蚀溶液的成分为8wt% 至15wt%
的硝酸，2wt% 至8wt%
的乙二酸，其余为水；
C．将极板浸泡在铜离子溶液中3min 至8min，铁与铜离子发生置换反应；
D．将极板浸泡在碱腐蚀溶液中5min 至15min，对极板表面进行碱腐蚀，所述碱腐蚀溶液由10g/L 至30g/L
的氢氧化钠溶液和10g/L 至30g/L
的硝酸钠溶液混合而成；
E．将极板放入浓度大于或等于30% 的强酸溶液中，去除极板表面的杂质；
F．将极板浸泡在处理液中10min 至20min，在极板表面形成保护膜，所述处理液的成分为5wt% 至12wt%
的次氨基三乙酸，0.5wt% 至3wt%
的络合剂，0.2wt% 至2wt%
的缓蚀剂，0.1wt% 至0.5wt
的表面活性剂，0.02wt% 至2wt%
的pH 调节剂，其余为水；所述处理液的pH值为3 至6；
所述络合剂是柠檬酸钠、乳酸钠、苹果酸钠中的一种或多种；
所述铜离子溶液是500mg/L 的硫酸铜溶液或氯化铜溶液。
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