水基體系復(fù)合電鍍法制備鎳鋁高溫防護(hù)涂層.pdf

1、普通碳鋼(A3)是應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一，但因?yàn)槠淠臀g性尤其是高溫耐蝕性差，所以在一些苛刻的環(huán)境中不能使用。如果使普通碳鋼常溫下提高了耐腐蝕性及高溫氧化腐蝕，那就具有了重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前廣泛使用的一種高溫防護(hù)涂層是氧化鋁涂層，其具有優(yōu)異的高溫防腐性能，并且還具有很好的耐磨性和耐沖擊性以及酸堿腐蝕性。
　　本課題采用一種方法——電鍍法，以普通碳鋼A3為基體，將復(fù)合電鍍方法與熱反應(yīng)擴(kuò)散滲透技術(shù)相結(jié)合，制備出鎳鋁高溫防護(hù)涂層。此課

2、題在學(xué)術(shù)上的創(chuàng)新之處在于將復(fù)合電鍍技術(shù)應(yīng)用于高溫防護(hù)涂層的制備。
　　為了最終在普通碳鋼表面生成氧化鋁涂層，鋼表面需要預(yù)先鍍鋁，由于活潑性的差異較大，直接鍍鋁不能在水溶液體系中進(jìn)行。因此我們創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了兩步法的實(shí)驗(yàn)方案，首先利用化學(xué)鍍法在微米級粒徑鋁粉表面鍍鎳，然后在水溶液體系中將鋼表面電鍍鎳包鋁粉。
　　采用化學(xué)鍍法在硫酸鎳體系里在粒徑微米級鋁粉表面鍍鎳，這樣形成的鎳包鋁粉可以做下一步復(fù)合鍍的分散劑?；瘜W(xué)鍍結(jié)果表明:在硫

3、酸鎳體系里，鍍液的pH值為11.0;鍍液水浴溫度為88℃時(shí)，鍍得的鎳包鋁粉鎳含量大約55％質(zhì)量分?jǐn)?shù)，磷含量幾乎為零，化學(xué)鍍鎳可以通過控制鍍液酸度來控制鍍層中雜質(zhì)磷含量，堿性越高，磷含量越低，當(dāng)鍍液pH值大于11時(shí)，鍍層中磷含量幾乎為零;通過掃描電鏡、X-射線衍射、光學(xué)顯微鏡分析觀察，鍍得的鎳包鋁粉外觀規(guī)則，鍍層均勻致密，厚薄適中，鎳鋁比例符合下階段脈沖復(fù)合鍍要求。
　　利用脈沖復(fù)合鍍法把上一步化學(xué)鍍好的鎳包鋁粉電鍍到普通碳鋼基體表

4、面，確定了鍍液配方及電鍍工藝，在脈沖電流的作用下，使鍍液里的分散劑鎳包鋁粉利用物理吸附和化學(xué)吸附等方式均勻致密地附著在機(jī)體表面，通過掃描電鏡觀察鍍層表面和斷面形貌，通過X射線衍射對鍍層進(jìn)行了成分分析，同時(shí)在相同條件下與直流電鍍作了比較，結(jié)果表明:在主鹽為硫酸鎳體系里，鎳包鋁粉:25～40g/L; pH值:4.7～5.7;溫度:45℃;頻率:800 Hz;占空比:2∶1;平均電流密度:3A/dm2;攪拌速度:300～500 r/min狀況

5、下，脈沖電鍍條件下獲得的鍍層均勻細(xì)致，厚度適中、SEM圖清晰可見鎳包鋁粉與基體之間結(jié)合緊密;而直流電鍍條件下得到的鎳包鋁粉鍍層薄厚不均，粗糙。采用XRF以及SQX得出了鍍層成分及不同成分含量，符合實(shí)驗(yàn)要求。
　　應(yīng)用熱處理擴(kuò)散技術(shù)使普通碳鋼上的結(jié)合不牢固的鍍層物質(zhì)和基體相互擴(kuò)散滲透，形成耐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性良好的金屬間化合物梯度涂層組織，并在表面形成耐高溫腐蝕的氧化鋁涂層。結(jié)果表明:鍍件在900℃——室溫間進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)，

6、經(jīng)10次循環(huán)仍結(jié)合牢固，未發(fā)生涂層與基體的分離現(xiàn)象，證明熱處理后涂層與基體結(jié)合良好;通過貼濾紙法實(shí)驗(yàn)測定了涂層孔隙率為0.025，符合國家標(biāo)準(zhǔn);利用點(diǎn)掃描測試涂層內(nèi)各個(gè)代表點(diǎn)的組織結(jié)構(gòu)和組成成分，確定層內(nèi)生成了腐蝕性良好的Ni-Al金屬間化合物;對試樣進(jìn)行了800℃、900℃、1000℃高溫氧化增重實(shí)驗(yàn)，并與沒有涂層的基體在600℃氧化增重實(shí)驗(yàn)做了對比，帶涂層的基體在以上的三個(gè)高溫段氧化增重較小且平緩，顯示了良好的高溫腐蝕性能，而不帶涂

7、層的普通碳鋼在600℃時(shí)的氧化增重很快，說明金屬表面氧化嚴(yán)重，顯示基體金屬耐高溫腐蝕性較差。
　　通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)測試有防護(hù)涂層的基體在模擬酸雨和海洋大氣環(huán)境下的腐蝕特性，并與不帶涂層的基體腐蝕性進(jìn)行比較，結(jié)果表明:在用硫酸配置的pH=5.0的模擬酸雨的環(huán)境中，帶有防護(hù)涂層的普通碳鋼A3比不帶涂層的A3的防腐蝕性明顯提高，自腐蝕電位由-0.672V提高到了-0.660V，而自腐蝕電流密度由10-6.670降低到10-9.186，減小

8、了近2.5個(gè)數(shù)量級，表明帶有涂層后A3鋼的防腐蝕性能增加顯著。而從交流阻抗實(shí)驗(yàn)中可知，普通碳鋼A3阻抗值是5948歐姆，鍍層后的碳鋼的阻抗值是70790歐姆，增加了近12倍，有涂層的A3碳鋼的反應(yīng)電阻明顯大于沒有防護(hù)層的基體，所以帶有涂層基體防腐蝕性顯著增加。
　　在用氯化鈉配制的模擬海洋大氣環(huán)境中，帶有防護(hù)涂層基體比不帶涂層的基體的防腐蝕性明顯提高。自腐蝕電位由-0.807V正移到-0.798V，而自腐蝕電流密度由10-6.79