CN104611745A - 不锈钢表面高耐蚀耐磨性Pd–Co梯度合金电镀工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢表面高耐蚀耐磨性Pd–Co梯度合金电镀工艺，依次包括表面前处理和电镀步骤，其特征在于，电镀步骤中所用的电镀液组成为：钯盐Pd(NH3)4Cl2：计量以Pd质量计5～12g/L；NH4Cl：50～125g/L；质量百分比浓度为28％的NH3·H2O：50～100ml/L；CoCl2·6H2O：16～50g/L；C2H5O2N：50～100g/L；糖精：1～5g/L；其余为水；pH值为7～8；温度为30～50℃。电镀步骤为依次用0.5～0.6、0.8～0.9、1.0～1.1、1.2～1.4A/dm2的电流密度电镀2～3min。该工艺操作简单，在单槽内实现了梯度镀层的制备。所得镀层耐冲刷腐蚀性能优良，能够对不锈钢在固液两相冲刷的高温非氧化性介质中起到良好的保护作用。
Description
技术领域
本发明属于合金电镀领域，同时利用该工艺对不锈钢材料进行处理，属于处于冲刷条件下的且在高温非氧化性介质(尤其是酸性介质)环境中工作的不锈钢防腐处理工艺。
背景技术
不锈钢由于表面可以生成一层致密的钝化膜，因而具有很好的耐蚀性。但是在我国的许多化工厂中一些不锈钢设备在高温非氧化性介质(尤其是酸性介质)的苛刻环境中使用，不锈钢表面无法形成致密度的钝化膜，致使设备发生严重的腐蚀。同时，实际生产环境中往往伴随着固液两相的冲刷腐蚀作用，致使材料的损失更为严重。这种条件下可用的保护方法很少，一种方法是使用阳极保护技术，但是该技术操作复杂，使用场合有很大局限性，且也无法解决不锈钢受冲刷腐蚀的问题。另一种方法是选用更高级别的不锈钢或者钛合金，但是此类方法涉及到设备更新，投资巨大，且无法对原有的设备进行保护。
已有专利报导在不锈钢表面电镀或电刷镀Pd系合金膜层可以大大提高不锈钢在高温非氧化性介质中的耐蚀性。这是由于Pd系合金具有较高的电位，能够促进不锈钢的钝化。然而许多实际的生产环境中常常伴随着固液两相的冲刷腐蚀作用，而Pd镀层较软，在冲刷过程中会遭受破坏，无法满足在此苛刻环境中对不锈钢起到较好的保护作用。
Co元素属于硬质金属元素，具有很好的耐磨性，在高耐磨及耐空泡腐蚀领域得到了广泛的应用。Pd元素属于贵金属元素，具有较高的阴极氢交换电流密度和较高的热力学电势，可以提高不锈钢在非氧化性介质中的电位，促使表面形成稳定的钝化膜。因此，在不锈钢表面制备Pd–Co合金镀层可以既提高不锈钢在高温非氧化性介质中的耐蚀性，又能增强镀层在固液两相介质中的耐磨性和耐冲刷性能。然而，合金镀层中Co含量过多，镀层电位会较低，耐蚀性较差；镀层中Co含量较少，镀层硬度下降，耐磨性能下降。因此，本发明中Pd–Co梯度合金镀层既能够保证镀层的耐蚀性，也能保证镀层的耐磨性能。值得注意的是，文献和专利中还没有关于Pd–Co梯度合金电镀的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对不锈钢在带有固液两相冲刷条件的高温非氧化性腐蚀介质(尤其是酸性介质)中起到良好保护作用的防腐处理新工艺，开发出了一种Pd–Co梯度合金镀层的镀液配方和施镀工艺，工艺操作简单，成本较低，效率高，环保性能好。
本发明的原理是：Pd是贵金属元素，有较高的阴极氢交换电流密度和较高的热力学电势，可以提高不锈钢在非氧化性腐蚀介质中的电位，促进不锈钢的钝化。同时，Co元素属于硬质金属元素，具有较好的耐磨以及耐空泡腐蚀能力。因此外表面Co含量高，内表面Co含量低的Pd–Co梯度合金镀层可以同时增强耐磨及耐蚀能力，提高对不锈钢在含有固体颗粒冲刷的高温非氧化性介质中的保护能力。同时，电镀梯度合金配方中，关键在于选择合适的络合剂，传统Pd–Co合金镀液常选用丙二酸为络合剂，在本工艺条件下得不到梯度镀层，本工艺选择甘氨酸为络合剂，使得电镀过程为扩散控制，增大电流密度可以增大镀层中Co的含量，实现了在单槽中制备梯度合金镀层。
本发明提供不锈钢表面高耐蚀性Pd–Co梯度合金镀层电镀工艺，依次包括表面预处理和电镀步骤，其特征在于，电镀步骤路中所用的电镀液组成为：
钯盐Pd(NH3)4Cl2：计量以Pd质量计5～12g/L
NH4Cl：50～125g/L
质量百分比浓度为28％的NH3·H2O：50～100ml/L
CoCl2·6H2O：16～50g/L
C2H5O2N：50～100g/L
糖精：1～5g/L
其余为水
电镀方法为：调节镀液pH值为7～8，依次用0.5～0.6、0.8～0.9、1.0～1.1、1.2～1.4A/dm2的电流密度电镀2～3min，得到多个梯度成分的镀层。
本发明的创造性在于开发了一种新的电镀梯度合金的工艺，并将该梯度合金镀层应用于不锈钢上，在有冲刷的高温非氧化性介质中具有优异的耐冲刷腐蚀性能，该梯度合金镀层工艺还未见任何文献和专利报道。该工艺的重要部分是在单槽中实现了梯度合金镀层的制备，镀层中钯元素和钴元素协同作用使镀层具有优良的耐蚀性和耐冲刷性。镀液中糖精的加入可以使得镀层柔软，内应力降低。该工艺操作简单，镀液稳定，实现方便。所得镀层均匀，硬度高，孔隙率低，附着力良好。
本发明所提供的一种新的Pd–Co梯度合金电镀工艺，应用在不锈钢设备在带有固液两相冲刷条件的高温非氧化性介质中的防腐处理具有如下特点：
(1)本工艺操作简单，在单槽中通过改变电流密度的方式即能获得性能良好的梯度合金镀层，实施较为方便。
(2)本工艺开发出的电镀Pd–Co合金镀液性能稳定，获得的镀层结晶细微，无针孔，外观均匀无缺陷，且具有良好的成分梯度分布，可通过简单改变电流密度的方式实现不同的梯度分布。
(3)施镀所需时间较短，只需几分钟的时间即可获得质量良好的镀层。
(4)本工艺通过电镀Pd–Co梯度镀层提高了不锈钢在高温非氧化性介质中的电位，促进了不锈钢的钝化能力，极大地提高了不锈钢的耐蚀性能。非一般的防腐镀层依靠物理阻隔作用或牺牲阳极阴极保护作用。故镀层耐久度好，特别是当镀层有局部破损时仍然能保持良好的耐蚀性。
(5)本工艺所制备的Pd–Co梯度合金镀层具有很高的硬度，在带有固体颗粒冲刷的环境中具有较好的保护效果。非常适用于实际化工行业的设备的防腐蚀。
附图说明
图1Pd–Co梯度合金镀层的表面形貌
图2Pd–Co梯度合金镀层的截面形貌
图3电流密度与镀层中Co含量的关系
图4Pd–Co梯度合金镀层的截面线扫描结果
具体实施方式
本发明所提供的一种新的电镀Pd–Co梯度合金镀层工艺，应用在不锈钢表面进行防腐蚀处理的实施例如下：
实施例1，工业用316L(GB00Cr17Ni14Mo2)不锈钢板材电镀Pd–Co梯度合金：
(1)前处理：包括打磨掉粗糙表面的毛刺，化学除油，电化学活化，去离子水冲洗。
(2)随后立即进行电镀Pd–Co梯度合金，镀液组成为：
钯盐Pd(NH3)4Cl2：计量以Pd质量计5g/L
NH4Cl：50g/L
质量百分比浓度为28％的NH3·H2O：50ml/L
CoCl2·6H2O：16g/L
C2H5O2N：50g/L
糖精：1g/L
电镀方法为：用调节镀液pH值为8，依次用0.6、0.8、1.0、1.2A/dm2的电流密度电镀2min。
施镀完成后得到结合力良好，均匀，耐冲刷腐蚀性能优良的镀层。采用各种冲刷腐蚀介质模拟实际生产设备中非氧化性酸性介质环境，对施镀后的316L不锈钢板腐蚀行为进行了评价，部分结果如下：
表1 试片在沸腾的含10vol.％精对苯二甲酸(PTA)的含0.005M Br-的10％甲酸的乙酸介质中的耐冲刷腐蚀性能对比(转速600转/分钟)
表2 试片在80℃的含100g/L SiO2的20wt.％H2SO4溶液中的耐冲刷腐蚀性能对比(搅拌速度1300转/分钟)
实施例2，工业用316L(GB00Cr17Ni14Mo2)不锈钢板材电镀Pd–Co梯度合金：
(1)前处理：包括打磨掉粗糙表面的毛刺，化学除油，电化学活化，去离子水冲洗。
(2)随后立即进行电镀Pd–Co梯度合金，镀液组成为：
钯盐Pd(NH3)4Cl2：计量以Pd质量计10g/L
NH4Cl：70g/L
质量百分比浓度为28％的NH3·H2O：80ml/L
CoCl2·6H2O：16g/L
C2H5O2N：50g/L
糖精：1g/L
电镀方法为：用调节镀液pH值为8，依次用0.6、0.8、1.0、1.2A/dm2的电流密度电镀2min。
施镀完成后得到结合力良好，均匀，耐冲刷腐蚀性能优良的镀层。采用各种冲刷腐蚀介质模拟实际生产设备中非氧化性酸性介质环境，对施镀后的316L不锈钢板腐蚀行为进行了评价，部分结果如下：
表3 试片在沸腾的含10vol.％精对苯二甲酸(PTA)的含0.005M Br-的10％甲酸的乙酸介质中的耐冲刷腐蚀性能对比(转速600转/分钟)
表4 试片在80℃的含100g/L SiO2的20wt.％H2SO4溶液中的耐冲刷腐蚀性能对比(搅拌速度1300转/分钟)
实施例3，工业用316L(GB00Cr17Ni14Mo2)不锈钢板材电镀Pd–Co梯度合金：
(1)前处理：包括打磨掉粗糙表面的毛刺，化学除油，电化学活化，去离子水冲洗。
(2)随后立即进行电镀Pd–Co梯度合金，镀液组成为：
钯盐Pd(NH3)4Cl2：计量以Pd质量计5g/L
NH4Cl：50g/L
质量百分比浓度为28％的NH3·H2O：50ml/L
CoCl2·6H2O：16g/L
C2H5O2N：50g/L
糖精：1g/L
电镀方法为：用调节镀液pH值为8，依次用0.5、0.8、1.1、1.4A/dm2的电流密度电镀3min。
施镀完成后得到结合力良好，均匀，耐冲刷腐蚀性能优良的镀层。采用各种冲刷腐蚀介质模拟实际生产设备中非氧化性酸性介质环境，对施镀后的316L不锈钢板腐蚀行为进行了评价，部分结果如下：
表5 试片在沸腾的含10vol.％精对苯二甲酸(PTA)的含0.005M Br-的10％甲酸的乙酸介质中的耐冲刷腐蚀性能对比(转速600转/分钟)
表6 试片在80℃的含100g/L SiO2的20wt.％H2SO4溶液中的耐冲刷腐蚀性能对比(搅拌速度1300转/分钟)
Claims (2)
1.一种不锈钢表面高耐蚀性Pd–Co梯度合金电镀工艺，依次包括表面预处理和电镀步骤，其特征在于，电镀液组成为：
钯盐Pd(NH3)4Cl2：计量以Pd质量计5～12g/L
NH4Cl：50～125g/L
质量百分比浓度为28％的NH3·H2O：50～100ml/L
CoCl2·6H2O：16～50g/L
C2H5O2N：50～100g/L
糖精：1～5g/L
其余为水
pH值：7～8。
2.根据权利要求1所述的电镀Pd–Co梯度合金电镀工艺，其特征在于电镀过程步骤为：
1)采用电流密度0.5～0.6A/dm2进行电镀，电镀时间2～3min；
2)采用电流密度0.8～0.9A/dm2进行电镀，电镀时间2～3min；
3)采用电流密度1.0～1.1A/dm2进行电镀，电镀时间2～3min；
4)采用电流密度1.2～1.4A/dm2进行电镀，电镀时间2～3min
电镀完成后用去离子水洗净即可。
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