CN115747906A - 一种防腐蚀金属材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防腐蚀处理技术领域，具体涉及一种防腐蚀金属材料及其制备方法，所述防腐蚀金属材料包括金属基底层和形成于所述金属基底层表面的Ni‑Cr‑SiC复合镀层，上述防腐蚀金属材料制备方法简单易行，可在金属基底层上形成厚度较大、SiC含量较高的耐腐蚀镀层，以使得该防腐蚀金属材料表面质地坚硬平整、具有较高强度的同时，耐腐蚀性有极大地提高。
Description
技术领域
本发明涉及防腐蚀处理技术领域，尤其涉及一种防腐蚀金属材料及其制备方法。
背景技术
随着我国在电力领域技术多年的积累，近年来输变电技术的突飞猛进，“特高压”工程已开始普及。在此背景下，对变电站的安全可靠性提出了更高的要求。变电站一般由地上部分与地下部分组成，地下接地网部分所用材料一般为碳钢与镀锌钢等，这部分结构对整个变电站的安全稳定起到了关键作用。经过长期的实践证明，在酸性土壤中，接地材料的腐蚀尤为严重，部分接地部分甚至会出现腐蚀断裂的情况，对整个电网的运行安全构成极大威胁。
复合镀铬技术被广泛用于增强材料的耐腐蚀、强度等性能，通过在基材表面形成耐腐蚀镀层，提高器件表面硬度，防锈并延长涂覆部件的寿命。其具有表面平整、光洁、难生锈、质地坚硬等特点，目前已广泛用于电子产品、易磨损器件、耐腐蚀设备等的加工。例如，文献号为CN104141160B的中国发明专利公开了一种Cr/Al2O3/SiC复合涂层，该专利获得在酸性条件下具有较强沉积能力的纳米Al2O3/SiC复合粒子粉末，将纳米Al2O3/SiC复合粒子粉末以超声波分散后加入镀铬溶液中，在电流作用下使金属阴极表面沉积形成Cr-Al2O3-SiC复合涂层，涂层主要由金属Cr和纳米Al2O3/SiC复合粒子构成，致密性良好，在腐蚀介质中表现出良好的抗腐蚀性能。但依照该方法获得的Cr/Al2O3/SiC复合涂层耐腐蚀性还有待验证，同时，由于其获得的涂层仅10um左右厚度，在电网防腐蚀领域中尚不能很好地解决本发明所要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种防腐蚀金属材料及其制备方法，所述防腐蚀金属材料硬度和耐腐蚀性佳，且其制备方法简单，易于实施。
为达到上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种防腐蚀金属材料，包括金属基底层和形成于所述金属基底层表面的Ni-Cr-SiC复合镀层。
进一步地，所述Ni-Cr-SiC复合镀层的厚度为100～400um，优选为200～400um。
进一步地，在所述Ni-Cr-SiC复合镀层中，所述SiC含量为3.0～8.0％，优选为5～8.0％。
进一步地，所述金属基底层为紫铜、碳钢或镀锌钢材料中的任意一种。
第二方面，本发明提供一种上述防腐蚀金属材料的制备方法，包括步骤：
S1：对待处理的金属基底层进行清洁处理，以获得清洁的金属基底层；
S2：将S1获得清洁的金属基底层置于镀镍液中进行一次电镀，使其表面镀上镍层，得到镀镍金属材料；
S3：将S2中得到的镀镍金属材料置于碳化硅复合镀铬液中进行二次电镀，即得所述防腐蚀金属材料。
进一步地，所述S1的清洁处理具体为：将待处理的金属基底层置于8％～10％氢氧化钠溶液中进行除油，并在4％～5％硫酸溶液中浸蚀，最后通过水洗备用，水洗时，优选为水枪冲洗。
进一步地，所述S2具体为：以金属基底层作为阴极，提供金属镍板作为阳极，将阴极和阳极置于镀镍液中进行一次电镀，从而在阴极上电镀沉积镍层，一次电镀过程施加在阴极上的电流密度为2.5～3A/dm2、电极间距为10～15cm、镀液温度为48～52℃、电镀时间为5～8h。
进一步地，所述镀镍液包括：250～300g/L硫酸镍；35～45g/L氯化镍；30～40g/L硼酸。
进一步地，所述S3具体为：以S2获得的镀镍金属材料作为阴极，提供金属铂作为阳极，将阴极和阳极置于碳化硅复合镀铬液中进行二次电镀，在阴极上电镀沉积复合铬层，二次电镀过程施加在阴极上的电流密度为30～50A/dm2，电极间距为1～3cm，镀液温度为50～60℃，电镀时间为6～10h。
进一步地，所述碳化硅-复合镀铬液包括：200～250g/L铬酐；1～10g/L三氧化二铬；1～5g/L硫酸；100～600g/L碳化硅微粒，优选地，所述碳化硅微粒含量优选为300～400g/L。
优选地，所述碳化硅微粒的粒径为不超过100nm。
进一步地，所述二次电镀的电镀液制备方法为：先向容器中加入配方量的铬酐、三氧化二铬以及碳化硅，随后加入所需水量，再向其中加入计算量的硫酸。
第三方面，本发明还提供一种上述第一方面提供的防腐蚀金属材料、以及上述第二方面提供的一种防腐蚀金属材料的制备方法在防腐蚀领域的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明创造性地在如紫铜、镀锌钢、碳钢等金属基底层的表面通过电镀形成耐腐蚀的Ni-SiC-Cr复合镀层，上述镀层可以采用本发明方法进行制备，从而形成厚度较大、SiC含量较高以及各元素均匀分布的Ni-SiC-Cr复合镀层，以使得该防腐蚀金属材料表面质地坚硬平整、具有较高强度的同时，耐腐蚀性有极大地提高。具体而言，在相同测试条件下，本发明所形成的复合镀层硬度可达1150HV以上，强度相较于Q235碳钢(不高于165HV)和普通Ni-Cr镀层(800HV左右)得到了大幅提升，同时，本发明形成的Ni-SiC-Cr复合镀层腐蚀电位均较Q235碳钢和普通Ni-Cr镀层发生正移，Ni-SiC-Cr复合镀层的耐蚀性较硬铬镀层提高，而且Ni-SiC-Cr复合镀层的耐蚀性随着SiC微粒复合量的增大而提高，因而本发明得以具有高强度、高耐腐蚀性能的优点，可有效延长包括电站底下接触部分的输电线路使用部件的使用寿命，具有极大的应用价值。
附图说明
图1为本发明的实施例1提供的一种防腐蚀金属材料的SEM图(1mm)；
图2为本发明的实施例1提供的一种防腐蚀金属材料的SEM图(100um)
图3为本发明的实施例1提供的一种防腐蚀金属材料的Ni-Cr-SiC复合镀层表面元素分布图；
图4为本发明的实施例2提供的一种防腐蚀金属材料的SEM图(1mm)；
图5为本发明的实施例2提供的一种防腐蚀金属材料的SEM图(100um)。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。下述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围，同时，下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
请参阅图1～3，本实施例提供一种防腐蚀金属材料，该防腐蚀金属材料包括由碳钢材料制成的金属基底层、形成于上述金属基底层表面的Ni-Cr-SiC复合镀层，该防腐蚀金属材料具有良好的硬度和耐腐蚀性，该防腐蚀金属材料的制备方法具体如下：
S1、将Q235碳钢置于10％氢氧化钠溶液中进行除油，并在5％硫酸溶液中浸蚀，最后通过水枪清洗备用，得到清洁的碳钢基底；
S2、以S1中获得的清洁的碳钢基底作为阴极，提供金属镍板作为阳极，将阴极和阳极置于镀镍液中进行一次电镀，从而在阴极上电镀沉积镍层，该过程中施加在阴极上的电流密度为2.8A/dm2，电极间距为10cm，镀液温度为50℃，电镀时间为6h。所述镀镍液的配方如下：275g/L硫酸镍；40g/L氯化镍；35g/L硼酸。
S3、以S2中的镀镍碳钢作为阴极，提供金属铂作为阳极，将阴极和阳极置于碳化硅复合镀铬液中，在阴极上电镀沉积复合铬层。施加在阴极上的电流密度为40A/dm2，电极间距为2cm，镀液温度为55℃，电镀时间为8h，所述碳化硅复合镀铬液包括：225g/L铬酐；5g/L三氧化二铬；2.3g/L硫酸；400g/L碳化硅微粒，且上述碳化硅微粒粒径为不超过100nm。该碳化硅复合镀铬液的制备方法为：先向容器中加入配方量的铬酐、三氧化二铬以及碳化硅，随后加入所需水量，再向其中加入计算量的硫酸，并使各组分分布均匀。
对通过上述方法获得的Ni-Cr-SiC复合镀层表面微观形貌进行观察，其SEM图如图1、图2所示，表面致密平整。同时，对所得的Ni-Cr-SiC复合镀层表面元素分布进行分析，其结果如图3所示，可见镍、铬以及碳化硅在镀层表面均匀分布。
实施例2
请参阅图4～5，本实施例提供一种防腐蚀金属材料，该防腐蚀金属材料包括由碳钢材料制成的金属基底层、形成于上述金属基底层表面的Ni-Cr-SiC复合镀层，该防腐蚀金属材料具有良好的硬度和耐腐蚀性，该防腐蚀金属材料的制备方法具体如下：
S1、将Q235碳钢置于10％氢氧化钠溶液中进行除油，并在5％硫酸溶液中浸蚀，最后通过水枪清洗备用，得到清洁的碳钢基底；
S2、以S1中获得的清洁的碳钢基底作为阴极，提供金属镍板作为阳极，将阴极和阳极置于镀镍液中进行一次电镀，从而在阴极上电镀沉积镍层，该过程中施加在阴极上的电流密度为2.5A/dm2，电极间距为10cm，镀液温度为48℃，电镀时间为5h。所述镀镍液的配方如下：250g/L硫酸镍；35g/L氯化镍；30g/L硼酸。
S3、以S2中的镀镍碳钢作为阴极，提供金属铂作为阳极，将阴极和阳极置于碳化硅复合镀铬液中，在阴极上电镀沉积复合铬层。施加在阴极上的电流密度为30A/dm2，电极间距为3cm，镀液温度为54℃，电镀时间为7h。所述碳化硅复合镀铬液的配方如下：250g/L铬酐；10g/L三氧化二铬；5g/L硫酸；400g/L碳化硅微粒，且碳化硅的粒径不超过100nm，该碳化硅复合镀铬液的制备方法参照实施例1。
对通过上述方法获得的Ni-Cr-SiC复合镀层表面微观形貌进行观察，其SEM图如图3、图4所示，表面致密平整。
对比例1
本实施例提供一种防腐蚀金属材料，该防腐蚀金属材料包括由碳钢材料制成的金属基底层、形成于上述金属基底层表面的Ni-Cr复合镀层，该防腐蚀金属材料的制备方法具体如下：
S1、将Q235碳钢置于10％氢氧化钠溶液中进行除油，并在5％硫酸溶液中浸蚀，最后通过水枪清洗备用，得到清洁的碳钢基底；
S2、以S1中清洁的碳钢基底作为阴极，提供金属镍板作为阳极，将阴极和阳极置于镀镍液中，在阴极上电镀沉积镍层。施加在阴极上的电流密度为2.8A/dm2，电极间距为10cm，镀液温度为50℃，电镀时间为6h。所述镀镍液的配方实施例1相同。
S3、以S2中的镀镍碳钢作为阴极，提供金属铂作为阳极，将阴极和阳极置于镀铬液中，在阴极上电镀沉积铬层，该过程施加在阴极上的电流密度为40A/dm2，电极间距为2cm，镀液温度为55℃，电镀时间为8h。所述镀铬液包括组分：225g/L铬酐；5g/L三氧化二铬；2.3g/L硫酸。
对比例2
将Q235碳钢置于10％氢氧化钠溶液中进行除油，并在5％硫酸溶液中浸蚀，最后通过水枪清洗备用，得到清洁的Q235碳钢，以作为上述实施例1-2以及对比例1的对照。
实施例3
将上述实施例1-2、对比例1-2所制备得到的耐腐蚀金属材料的硬度和耐蚀性进行测试，测试方法及测试结果分别如下：
3.1硬度测试
维氏硬度(HV)采用莱特仪器公司生产的HV-1000型显微硬度计测定。在Ni-SiC-Cr复合镀层、Ni-Cr镀层以及Q235碳钢表面分别选取五个不同位置的点测试其显微硬度，去除最大值与最小值，取中间的三个数值，计算出平均值，各组的维氏硬度(HV)的检测结果如下：
表1各例硬度测试对比
| 测试样品 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 |
| 硬度(HV) | 1236 | 1158 | 765 | 165 |
3.2耐蚀性测试
耐蚀性通过在3.5％NaCl溶液中采用电化学的方法对镀层的腐蚀电位进行测试来表征。电化学工作站型号为上海辰华CHI-660E，测量过程是在标准三电极体系的电解池中进行。研究电极为实施例1、2与对比例1、2中所制得的Ni-SiC-Cr复合镀层、普通Ni-Cr镀层以及Q235碳钢，测试的有效面积保持为2cm2，其余部分用胶带包裹，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为钌钛网。测试采用恒电位法，电位扫描范围在-1.0～1.0V左右，扫描速度为10mV/s。所得结果如表2所示。
表2各例在3.5％NaCl溶液中的镀层腐蚀电位测试结果
| 测试样品 | 镀层腐蚀电位(V) |
| 实施例1 | -0.267 |
| 实施例2 | -0.312 |
| 对比例1 | -0.361 |
| 对比例2 | -0.593 |
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (10)
1.一种防腐蚀金属材料，其特征在于：包括金属基底层和形成于所述金属基底层表面的Ni-Cr-SiC复合镀层。
2.如权利要求1所述的一种防腐蚀金属材料，其特征在于：所述Ni-Cr-SiC复合镀层的厚度为100～400um。
3.如权利要求1所述的一种防腐蚀金属材料，其特征在于：所述金属基底层为紫铜、碳钢或镀锌钢材料中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种防腐蚀金属材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1：对待处理的金属基底层进行清洁处理，以获得清洁的金属基底层；
S2：将S1获得清洁的金属基底层置于镀镍液中进行一次电镀，使其表面镀上镍层，得到镀镍金属材料；
S3：将S2中得到的镀镍金属材料置于碳化硅复合镀铬液中进行二次电镀，即得所述防腐蚀金属材料。
5.如权利要求4所述的一种防腐蚀金属材料的制备方法，其特征在于：所述S1的清洁处理具体为：将待处理的金属基底层置于8％～10％氢氧化钠溶液中进行除油，并在4％～5％硫酸溶液中浸蚀，最后通过水洗备用。
6.如权利要求4所述的一种防腐蚀金属材料的制备方法，其特征在于，所述S2具体为：以金属基底层作为阴极，提供金属镍板作为阳极，将阴极和阳极置于镀镍液中进行一次电镀，从而在阴极上电镀沉积镍层，一次电镀过程施加在阴极上的电流密度为2.5～3A/dm2、电极间距为10～15cm、镀液温度为48～52℃、电镀时间为5～8h。
7.如权利要求4所述的一种防腐蚀金属材料的制备方法，其特征在于：所述镀镍液包括：250～300g/L硫酸镍；35～45g/L氯化镍；30～40g/L硼酸。
8.如权利要求4所述的一种防腐蚀金属材料的制备方法，其特征在于，所述S3具体为：以S2获得的镀镍金属材料作为阴极，提供金属铂作为阳极，将阴极和阳极置于碳化硅复合镀铬液中进行二次电镀，在阴极上电镀沉积复合铬层，二次电镀过程施加在阴极上的电流密度为30～50A/dm2，电极间距为1～3cm，镀液温度为50～60℃，电镀时间为6～10h。
9.如权利要求4所述的一种防腐蚀金属材料的制备方法，其特征在于：所述碳化硅复合镀铬液包括：200～250g/L铬酐；1～10g/L三氧化二铬；1～5g/L硫酸；100～600g/L碳化硅微粒。
10.一种如权利要求1～3任意一项所述的防腐蚀金属材料或权利要求4～9任意一种所述的防腐蚀金属材料的制备方法在防腐蚀领域的应用。
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