一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及表面防护技术领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯‑镍基梯度镀层及其制备方法。本发明专利技术提供的方法包括以下步骤：提供镀液，所述镀液中包括氧化石墨烯；以镍板为阳极、以待镀金属基体为阴极，利用所述镀液进行电镀，在待镀金属基体上形成还原氧化石墨烯‑镍基梯度镀层；其中，所述电镀包括依次进行的第一电镀、第二电镀和第三电镀；所述第一电镀的占空比为0.70～0.85，第二电镀的占空比为0.55～0.60，第三电镀的占空比为0.20～0.40。本发明专利技术在镀液中添加了氧化石墨烯，并采用功能梯度电镀工艺，所得梯度镀层中含有还原氧化石墨烯，能够有效增强镀层抵抗腐蚀性物质侵扰的能力。

A Reduced Graphene Oxide-Nickel Base Gradient Coating and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层及其制备方法
本专利技术涉及表面防护
，具体涉及一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层及其制备方法。
技术介绍
CO2腐蚀是油气行业常遇到的严重腐蚀之一，CO2腐蚀严重威胁安全生产，并且有可能带来灾难性的事故。在CO2腐蚀环境中，CO2溶于水生成碳酸(H2CO3)并改变溶液的pH值，部分碳酸解离为H+、HCO3-和CO32-离子。总反应为：碳钢常作为油气行业的管材，为了解决碳钢的腐蚀问题，减少损失提高收益，最直接有效的方法是在其表面加一层镀层，阻碍腐蚀物质与其接触。但是，现有技术中镀层的耐蚀性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层及其制备方法，本专利技术提供的方法能使还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层与金属基体间的结合紧密，且抵抗腐蚀性物质侵扰的能力强。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层的制备方法，包括以下步骤：提供镀液，所述镀液中包括氧化石墨烯；以镍板为阳极、以待镀金属基体为阴极，利用所述镀液进行电镀，在待镀金属基体上形成还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层；其中，所述电镀包括依次进行的第一电镀、第二电镀和第三电镀；所述第一电镀的占空比为0.70～0.85，第二电镀的占空比为0.55～0.60，第三电镀的占空比为0.20～0.40。优选地，所述镀液中氧化石墨烯的浓度为0.2～0.3g/L。优选地，所述镀液的制备原料包括NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、H3BO3、C12H25SO4Na、氧化石墨烯和水。优选地，配制所述镀液时，所述NiSO4·6H2O的添加量为250～300g/L，NiCl2·6H2O的添加量为30～50g/L，H3BO3的添加量为25～45g/L，C12H25SO4Na的添加量为0.4～0.6g/L。优选地，所述第一电镀的沉积时间为12～14min，第二电镀的沉积时间为16～18min，第三电镀的沉积时间为25～50min。优选地，所述电镀的过程中，镀液的温度为50～60℃，峰值电流密度为4～8A/dm2，频率为50～60Hz。优选地，所述电镀在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度为100～150r/min。优选地，所述阳极与阴极的面积比>2。优选地，所述阳极与阴极的间距为6～7cm。本专利技术提供了上述技术方案任一项所述制备方法制备得到的还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层。本专利技术提供了一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层的制备方法，包括以下步骤：提供镀液，所述镀液中包括氧化石墨烯；以镍板为阳极、以待镀金属基体为阴极，利用所述镀液进行电镀，在待镀金属基体上形成还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层；其中，所述电镀包括依次进行的第一电镀、第二电镀和第三电镀；所述第一电镀的占空比为0.70～0.85，第二电镀的占空比为0.55～0.60，第三电镀的占空比为0.20～0.40。本专利技术在镀液中添加了氧化石墨烯，在电镀过程中会电还原为还原氧化石墨烯，增强了镀层抵抗腐蚀性物质侵扰的能力；同时，本专利技术采用功能梯度电镀工艺，增强了镀层与金属基体间的结合程度，能够进一步提高镀层抵抗腐蚀性物质侵扰的能力。具体的，通过控制电镀过程中占空比，使还原氧化石墨烯嵌入量和晶粒尺寸均由待镀金属基体表面向镀层表面沿镀层厚度方向逐渐升高，依次形成第一镀层、第二镀层和第三镀层。其中，第一镀层晶粒细化，使得镀层与金属基体结合更加紧密，镀层与金属基体的结合程度会影响其耐蚀性，结合程度差，容易导致镀层的脱落和腐蚀性物质的渗透。第二镀层起到增加镀层厚度的作用，提高镀层阻隔性能，延长了腐蚀性物质渗透路径。第三镀层是最先接触腐蚀性物质的一层，对它的耐蚀性要求最高，第三镀层中还原氧化石墨烯含量最大，极大的增强了镀层阻隔腐蚀性物质的能力。实施例的实验结果显示，与纯镍镀层和还原氧化石墨烯-镍基复合镀层相比，本专利技术提供的还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层具有更好的耐蚀性能。附图说明图1为本专利技术中电镀所用设备的连接关系示意图，图中，1-脉冲电源，2-阳极，3-阴极，4-磁力搅拌水浴槽；图2为本专利技术中梯度镀层示意图；图3为纯镍镀层以及梯度镀层中各层的XRD图谱；图4为梯度镀层在第一模拟环境中浸泡不同时间后的交流阻抗谱；图5为梯度镀层在第一模拟环境中腐蚀行为的等效电路图；图6为第一模拟环境中梯度镀层电容随浸泡时间的变化关系图；图7为第一模拟环境中梯度镀层的空隙电阻和吸水率随浸泡时间的变化关系图；图8为在第一模拟环境中持续浸泡72h后梯度镀层的宏观形貌图；图9为在第一模拟环境中持续浸泡120h后梯度镀层的3D形貌图；图10为在第一模拟环境中持续浸泡120h后梯度镀层的表面高程变化图；图11为第二模拟环境中镀层A、镀层B、镀层C和梯度镀层的极化曲线；图12为镀层A、镀层B、镀层C和梯度镀层在第二模拟环境中的Nyquist图；图13为镀层A、镀层B、镀层C和梯度镀层在第二模拟环境中腐蚀行为的等效电路图；图14为20#钢在第三模拟环境中浸泡不同时间后的交流阻抗谱；图15为20#钢在第三模拟环境中腐蚀行为的等效电路；图16为纯镍镀层在第三模拟环境中浸泡不同时间后的交流阻抗谱；图17为纯镍镀层在第三模拟环境中腐蚀行为的等效电路图；图18为梯度镀层在第三模拟环境中浸泡不同时间后的交流阻抗谱；图19为第三模拟环境中20#钢、纯镍镀层和梯度镀层的极化电阻随浸泡时间的变化关系图；图20为在第三模拟环境中浸泡72h后梯度镀层、纯镍镀层和20#钢的宏观照片；图21为在第三模拟环境中浸泡96h后20#钢的3D形貌图；图22为在第三模拟环境中浸泡96h后20#钢的表面高程变化图；图23为在第三模拟环境中浸泡96h后纯镍镀层的3D形貌图；图24为在第三模拟环境中浸泡96h后纯镍镀层的表面高程变化图；图25为在第三模拟环境中浸泡96h后梯度镀层的3D形貌图；图26为在第三模拟环境中浸泡96h后梯度镀层的表面高程变化图；图27为20#钢、纯镍镀层、复合镀层和梯度镀层在第二模拟环境中的极化曲线；图28为20#钢、纯镍镀层、复合镀层和梯度镀层在第二模拟环境中的Nyquist图；图29为20#钢、纯镍镀层、复合镀层和梯度镀层在第二模拟环境中的Bode图。具体实施方式本专利技术提供了一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层的制备方法，包括以下步骤：提供镀液，所述镀液中包括氧化石墨烯；以镍板为阳极、以待镀金属基体为阴极，利用所述镀液进行电镀，在待镀金属基体上形成还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层；其中，所述电镀包括依次进行的第一电镀、第二电镀和第三电镀；所述第一电镀的占空比为0.70～0.85，第二电镀的占空比为0.55～0.60，第三电镀的占空比为0.20～0.40。本专利技术提供镀液，所述镀液中包括氧化石墨烯。在本专利技术中，所述镀液中氧化石墨烯的浓度优选为0.2～0.3g/L。本专利技术对于所述氧化石墨烯的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品或本领域技术人员熟知的方法制备得到均可。在本专利技术中，所述氧化石墨烯优选通过改进的Hummer法制备得到。在本专利技术中，所述镀液的制备原料优选包括NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、H3BO3、C12H25SO4Na、氧化石墨烯和水；配制所述镀液时，所述N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种还原氧化石墨烯‑镍基梯度镀层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供镀液，所述镀液中包括氧化石墨烯；以镍板为阳极、以待镀金属基体为阴极，利用所述镀液进行电镀，在待镀金属基体上形成还原氧化石墨烯‑镍基梯度镀层；其中，所述电镀包括依次进行的第一电镀、第二电镀和第三电镀；所述第一电镀的占空比为0.70～0.85，第二电镀的占空比为0.55～0.60，第三电镀的占空比为0.20～0.40。

【技术特征摘要】
1.一种还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供镀液，所述镀液中包括氧化石墨烯；以镍板为阳极、以待镀金属基体为阴极，利用所述镀液进行电镀，在待镀金属基体上形成还原氧化石墨烯-镍基梯度镀层；其中，所述电镀包括依次进行的第一电镀、第二电镀和第三电镀；所述第一电镀的占空比为0.70～0.85，第二电镀的占空比为0.55～0.60，第三电镀的占空比为0.20～0.40。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镀液中氧化石墨烯的浓度为0.2～0.3g/L。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镀液的制备原料包括NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、H3BO3、C12H25SO4Na、氧化石墨烯和水。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，配制所述镀液时，所述NiSO4·6H2O的添加量为250～300g/L，NiCl2·6H2...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔淦，张瑞宇，毕真啸，李自力，刘建国，邢潇，张楚楚，邓翔元，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37