一种耐氯离子腐蚀的Ni-Cr纳米复合镀层的应用制造技术

本发明专利技术公开一种耐氯离子腐蚀的Ｎｉ－Ｃｒ纳米复合镀层及制备方法和应用。其成分为纳米尺寸金属Ｎｉ及Ｃｒ，按质量百分数计，Ｃｒ含量为４－１５％，余量为Ｎｉ。制备：以金属Ｎｉ为基材，在基材上采用常规共电沉积技术复合电镀金属Ｎｉ和Ｃｒ颗粒，制得Ｎｉ－Ｃｒ纳米复合镀层。用这种方法制备的纳米复合镀层，比相近Ｃｒ含量的ＮｉＣｒ合金和复合微米Ｃｒ颗粒的Ｎｉ－Ｃｒ镀层的耐蚀性能明显提高。本发明专利技术工艺简单、成熟，易于推广，生产和维修成本低；镀层致密、成分均匀。纳米复合镀层表面在含Ｃｌ离子的水溶液中，能够迅速形成水合的含Ｃｒ氧化物和氢氧化物，具有良好的耐Ｃｌ离子腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐氯离子腐蚀的Ni-Cr纳米复合镀层及制备方法和应用
本专利技术涉及涂层技术，具体地说是一种耐Cl离子腐蚀的弥散分布Cr纳米颗粒的金属基(Ni-Cr)纳米复合镀层及制备方法和应用。
技术介绍
在含Cl离子介质中使用的金属材料(例如：用于海上舰艇、潜艇、石油钻探设施等相关材料)需要有很好的耐Cl离子腐蚀能力。通常，大多数服役钢材(例如碳钢和低合金钢)由于不含Cr或Cr含量低，不能形成稳定、完整的保护性Cr的水合钝化膜，因而耐Cl离子腐蚀能力不理想。据文献报道，对于铁素体或奥氏体不锈钢，形成保护性的Cr的水合钝化膜所需要的Cr含量要大于20％(质量百分数)，其要求的含量大于大多数常用的铁素体或奥氏体不锈钢中的Cr含量。考虑到过高的Cr含量会使钢脆性增加而影响力学性能。因此欲提高钢材料的耐Cl离子腐蚀能力，在钢材表面施加防护层是有效方法之一。复合电镀是七十年代开始用于表面处理的工艺方法，它的特点是工艺简单、成熟，易于推广，生产和维修成本低。它的基本原理是通过不溶性固体颗粒与金属或合金成分在阴极表面实现共沉积的一种工艺过程。本专利技术采用金属-纳米金属颗粒共电沉积的方法制备抗Cl离子腐蚀的复合镀层，目前还没有报道。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术目的在于提供一种具有镀层致密、成分均匀的Ni-Cr纳米复合镀层及制备方法和应用，保证良好的耐Cl离子腐蚀性能。本专利技术的技术方案如下：耐Cl离子腐蚀的弥散分布Cr纳米颗粒的金属基纳米复合镀层，其成分为沉积的纳米晶金属Ni及Cr纳米颗粒的组合(Ni晶粒和Cr颗粒尺寸均为纳米级)，按质量百分数计，Cr的含量为4-15％，余量为Ni。其制备方法是以Ni为基材，采用常规技术，实现Ni与纳米Cr粉(平均粒径39nm)的共电沉积，制备金属Ni-Cr型纳米复合镀层。按质量百分数计，Cr的含量为4-15％，余量为Ni。Ni-Cr纳米复合镀层制备的镀液为低温硫酸盐镀Ni溶液(NiSO4)。电镀时保持纳米颗粒悬浮在槽液中，复合电镀设备为板泵式电镀-->装置。本专利技术制备的Ni-Cr纳米复合镀层的钝化膜表面易形成水合的含Cr氧化物和氢氧化物，具有良好的耐Cl离子腐蚀性能。钝化膜形成的基本原理如下：获得的Ni-Cr纳米复合镀层，由于纳米Cr粉均匀分布在纳米晶Ni中，与含相同量的微米级的Cr的复合镀层相比，极大提高了单位面积内Cr的质点数，这样镀层表面形成更多的活性点，具有较高的表面活化能，根据优先溶解的原则，在电位的作用下，这些Cr活性点能够迅速与水溶液介质中的溶解氧或OH离子形成Cr-O或Cr-OH键合，形成具有良好保护性的水合Cr的氧化物和氢氧化物膜，从而抑制Ni的溶解。与传统的用金属-微米级金属粉制备的复合镀层和合金相比，本专利技术的优点如下：1.钝化膜表面能形成具有良好保护性的Cr的水合氧化物和氢氧化物膜。本专利技术采用Ni-Cr纳米颗粒共电沉积制备的Ni-Cr纳米复合镀层。具有1)孔隙率低；2)镀层致密；3)成分均匀等特点。特别是在含Cl离子的介质中形成Cr的水合氧化物和氢氧化物的钝化膜，具有良好的耐Cl离子腐蚀性能。2.大大提高了镀层耐点蚀性能。与现有技术中单Ni镀层相比，表现在较长的钝化区间和较高的点蚀击破电位，与含Cr量相近的复合微米级颗粒的Ni-Cr镀层以及Ni-Cr合金相比，本专利技术复合镀层表现在：能形成Cr的水合氧化物和氢氧化物的钝化膜，具有极佳的耐点蚀能力，而Ni-Cr合金及复合微米级颗粒的Ni-Cr镀层形成的钝化膜主要为Ni的水合氧化物和氢氧化物，耐蚀性能差。3.镀层制备工艺简单、成熟、成本低。由于电镀是成熟的工艺，利用现有的电镀设备，在槽液中加入所需量的纳米Cr粉，并通过一定的技术使纳米颗粒在槽液中悬浮并分散均匀，就可制成该新型纳米复合镀层，投资不大。4.适用范围广。本专利技术纳米复合镀层可用作与含Cl离子介质直接接触的服役金属材料的防护层，可在海洋舰艇、作业平台设施，以及石化管道等方面获得广泛引用。附图说明图1为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr(质量百分数，以下同)纳米复合镀层的光学照片。图2为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层的扫描电镜照片。图3为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层的透射电镜照片。图4为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层的X射线衍射结果。图5为本专利技术一个实施例的单Ni镀层、Ni-4.5Cr及Ni-10.9Cr纳米复合镀层-->在3.5％NaCl溶双中的动电位极化曲线比较图。图6-1a为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层在3.5％NaCl溶液中点蚀形貌。图6-1b为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层在3.5％NaCl溶液中点蚀放大形貌。图6-2a为本专利技术一个实施例的单Ni镀层在3.5％NaCl溶液中点蚀形貌。图6-2b为本专利技术一个实施例的单Ni镀层在3.5％NaCl溶液中点蚀放大形貌。图7为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层与复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层在3.5％NaCl溶液中的动电位极化曲线比较图。图8为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层与复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层在3.5％NaCl溶液中的恒电位比较图。图9为本专利技术一个实施例的复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层的光学照片。图10为本专利技术一个实施例的复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层的扫描电镜形貌。图11为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层与Ni-10Cr合金在3.5％NaCl溶液中的动电位极化曲线比较图。图12为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层与Ni-10Cr合金在3.5％NaCl溶液中的恒电位比较图。图13为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层在-0.1V，3.5％NaCl溶液中钝化膜的XPS全谱图。图14为本专利技术一个实施例的复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层在-0.1V，3.5％NaCl溶液中钝化膜的XPS全谱图。图15为本专利技术一个实施例的Ni-10Cr合金在-0.1V，3.5％NaCl溶液中钝化膜的XPS全谱图。图16a-图16c分别为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层在-0.1V，3.5％NaCl溶液下钝化膜的Cr2p、Ni2p和O1s的XPS图。图17a-图17c分别为本专利技术一个实施例的复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层在-0.1V，3.5％NaCl溶液下钝化膜的Cr2p、Ni2p和O1s的XPS图。图18a-图18c分别为本专利技术一个实施例的Ni-10Cr合金在-0.1V，3.5％NaCl溶液下钝化膜的Cr2p、Ni2p和O1s的XPS图。表1为本专利技术一个实施例的单Ni镀层、Ni-4.5Cr及Ni-10.9Cr纳米复合镀层-->在3.5％NaCl溶液中动电位极化曲线参数拟合比较。表2为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层、复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层及Ni-10Cr合金在3.5％NaCl溶液中动电位极化曲线参数拟合比较。表3为本专利技术一个实施例的Ni-10.9Cr纳米复合镀层、复合微米级颗粒的Ni-12.4Cr镀层及Ni-10Cr合金在-0.1V，3.5％NaCl溶液下钝化膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐氯离子腐蚀的Ｎｉ－Ｃｒ纳米复合镀层，其特征在于：该镀层为纳米尺寸金属Ｎｉ和Ｃｒ的组合，按质量百分数计，Ｃｒ含量为４－１５％，余量为Ｎｉ。

【技术特征摘要】
1、一种耐氯离子腐蚀的Ni-Cr纳米复合镀层，其特征在于：该镀层为纳米尺寸金属Ni和Cr的组合，按质量百分数计，Cr含量为4-15％，余量为Ni。2、按照权利要求1所述耐氯离子腐蚀的Ni-Cr纳米复合镀层的制备方法，其特征在于：以金属Ni为基材，在基材上采用常规共电沉积技术复合电镀金属Ni和Cr镀层，制备的Ni-Cr纳米复合镀层；按质量百分数计，Cr的含量为4-15％，余量为Ni；镀液为低温硫酸盐镀Ni溶液，Cr粉粒径范围为10nm-80nm。3、按照权利要求2所述耐氯离子腐蚀的Ni-Cr纳米复合镀层...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓，张艳，王福会，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]