一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层、镀液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ni‑W‑P‑Zr多元微晶镀层、镀液及其制备方法，所述镀层由镍钨基础镀层和磷酸氢锆纳米增强相组成。本发明专利技术采用磷酸氢锆纳米片作为镀层的强化材料和镀液中的成核加速剂，能够通过其表面的静电作用，形成水化双电层，吸引周围的离子，再在电场的作用下被沉积到阴极表面，同时这一沉积为镍钨的电沉积提供了成核位点；磷酸氢锆纳米片的引入，能够有效地抑制镍钨合金的无序沉积，优化复合镀层的微观结构，使镀层自身应力得以抵消，提高镀层韧性，最终获得具有微晶结构的无裂纹的Ni‑W‑P‑Zr多元微晶镀层，使制备的无裂纹的Ni‑W‑P‑Zr多元微晶镀层具有较好的耐蚀性能和耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层、镀液及其制备方法
本专利技术涉及电沉积
，特别涉及一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层、镀液及其制备方法。
技术介绍
在油气开采和输运领域，由于电沉积镍钨镀层具有良好的耐蚀性和高硬度，能够满足油气开采中的使用需求，而受到了人们的广泛关注。但是，由于镍钨合金自身高硬度的特点，导致普通镍钨镀层会产生微裂纹和针孔等缺陷。而且油气开采中高盐、高含硫、含二氧化碳的环境中，微裂纹和针孔会导致上述的腐蚀介质直接与镀层下方的碳钢发生反应。此外，由于铁的腐蚀电位较镍的腐蚀电位更负，在腐蚀介质中会形成小阳极、大阴极的局面，加速碳钢的腐蚀，造成油管损坏。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层、镀液及其制备方法，利用磷酸氢锆消除镍钨镀层的微裂纹。本专利技术的技术方案如下：一方面，提供一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，所述镀层包括Ni元素、W元素、P元素、以及Zr元素。作为优选，以元素质量百分比计，各元素的含量为：Ni78～94％，W5～20％，P≤4％，Zr≤3％。作为优选，所述镀层由镍钨基础镀层和磷酸氢锆纳米增强相组成。作为优选，所述磷酸氢锆纳米增强相为α-磷酸氢锆纳米片、γ-磷酸氢锆纳米片、τ-磷酸氢锆纳米片中的任意一种或多种，所述纳米片的片层粒径为D×10nm-D×103nm，所述纳米片的片层厚度为Hnm-H×10nm；D、H分别为1-10之间的数。作为优选，所述α-磷酸氢锆纳米片采用氧氯化锆和磷酸，通过水热法或回流法制备而成。另一方面，还提供一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀液，包括以下组分：镍钨电镀溶液、磷酸氢锆、导电剂、pH调节剂，所述多元微晶镀液的pH为4-10。作为优选，所述镍钨电镀溶液为硫酸盐型或氨基磺酸盐型。作为优选，所述导电剂为溴化钠或氟化钠。作为优选，所述微晶镀液还包括去应力剂和/或表面活性剂。另一方面，还提供一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层的制备方法，包括以下步骤：称取Ni-W-P-Zr多元微晶镀液各原料，加水搅拌溶解，用pH调节剂调节溶液的pH值至4-10，加水定容获得Ni-W-P-Zr多元微晶镀液；将待电镀样品预处理后浸渍于所述Ni-W-P-Zr多元微晶镀液中，进行电镀处理，获得Ni-W-P-Zr多元微晶镀层。作为优选，电镀处理时的温度为50-85℃，电流密度为1-15A/dm2。本专利技术的有益效果是：本专利技术在现有的镍钨电镀镀液体系基础上，采用磷酸氢锆纳米片作为镀层的强化材料和镀液中的成核加速剂。磷酸氢锆纳米片能够通过其表面的静电作用，形成水化双电层，吸引周围的离子，再在电场的作用下被沉积到阴极表面，同时这一沉积为镍钨的电沉积提供了成核位点；磷酸氢锆纳米片的引入，能够有效地抑制镍钨合金的无序沉积，优化复合镀层的微观结构，使镀层自身应力得以抵消，提高镀层韧性，最终获得具有微晶结构的无裂纹的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，使制备的无裂纹的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层具有较好的耐蚀性能和耐磨性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术Ni-W-P-Zr多元微晶镀层制备方法的流程示意图；图2为本专利技术Ni-W-P-Zr多元微晶镀层和纯Ni-W镀层的扫描电子显微镜结果示意图；图3为本专利技术Ni-W-P-Zr多元微晶镀层和纯Ni-W镀层的X射线衍射结果示意图；图4为本专利技术1g/Lα-ZrP的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层的能谱分析结果示意图；图5为本专利技术1g/Lα-ZrP的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层和纯Ni-W镀层的截面分析结果示意图；图6为本专利技术1g/Lα-ZrP的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层的X射线光电子能谱分析结果示意图；图7为本专利技术α-磷酸氢锆纳米片的分析结果示意图；图8为本专利技术Ni-W-P-Zr多元微晶镀层和纯Ni-W镀层的显微硬度结果示意图；图9为本专利技术Ni-W-P-Zr多元微晶镀层和纯Ni-W镀层的水接触角测试结果示意图；图10为本专利技术Ni-W-P-Zr多元微晶镀层和纯Ni-W镀层的电化学测试结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。本专利技术公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。一方面，本专利技术提供一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，所述镀层以元素质量百分比计，包括78～94％的Ni元素、5～20％的W元素、大于0且小于等于4％的P元素、以及大于0且小于等于3％的Zr元素。其中Ni元素和W元素来自镍钨基础镀层，P元素和Zr元素来自磷酸氢锆纳米增强相。在一个具体的实施例中，所述磷酸氢锆纳米增强相为α-磷酸氢锆纳米片、γ-磷酸氢锆纳米片、τ-磷酸氢锆纳米片中的任意一种或多种，所述纳米片的片层粒径为几十至上千纳米，所述纳米片的片层厚度为几纳米至几十纳米。可选地，所述纳米片的片层粒径为400-600nm。可选地，所述α-磷酸氢锆纳米片采用氧氯化锆和磷酸，通过水热法或回流法制备而成。需要说明的是，所述α-磷酸氢锆纳米片除了采用氧氯化锆作为锆盐原料外，还可采用其他锆盐原料，例如碳酸锆或硫酸氧锆等。需要说明的是，所述γ-磷酸氢锆纳米片和τ-磷酸氢锆纳米片的制备方法也为现有技术，具体在此不再赘述。另一方面，本专利技术还提供一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀液，包括以下组分：镍钨电镀溶液、磷酸氢锆、导电剂、pH调节剂，所述多元微晶镀液的pH为4-10。可选地，所述多元微晶镀液的pH为6-7.5所述镍钨电镀溶液为现有技术，包括镍盐、钨酸盐、络合剂等主要成分，所述镍钨电镀溶液按镍盐种类分为氨基磺酸盐型和硫酸盐型；所述镍钨电镀溶液按络合剂的种类可分为柠檬酸型、酒石酸型、苹果酸型、葡萄糖酸型、糖精型、羟基乙酸型等。在一个具体的实施例中，所述镍钨电镀溶液为硫酸盐型，可选地，所述Ni-W-P-Zr多元微晶镀液包括硫酸镍2-40g/L、钨酸钠5-50g/L、柠檬酸三钠5-200g/L、α-磷酸氢锆纳米片0.1-30g/L、导电剂10-50g/L、pH调节剂5-100g/L。在另一个具体的实施例中，所述镍钨电镀溶液为氨基磺酸盐型，可选地，所述微晶镀液包括氨基磺酸镍2-50g/L、钨酸钠5-50g/L、α-磷酸氢锆纳米片0.1-30g/L、导电剂10-5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，其特征在于，所述镀层为微纳米晶体结构，所述镀层包括Ni元素、W元素、P元素、以及Zr元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，其特征在于，所述镀层为微纳米晶体结构，所述镀层包括Ni元素、W元素、P元素、以及Zr元素。


2.根据权利要求1所述的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，其特征在于，以元素质量百分比计，各元素的含量为：Ni78～94％，W5～20％，P≤4％，Zr≤3％。


3.根据权利要求1所述的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，其特征在于，所述镀层由镍钨基础镀层和磷酸氢锆纳米增强相组成。


4.根据权利要求3所述的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，其特征在于，所述磷酸氢锆纳米增强相为α-磷酸氢锆纳米片、γ-磷酸氢锆纳米片、τ-磷酸氢锆纳米片中的任意一种或多种，所述纳米片的片层粒径为D×10nm-D×103nm，所述纳米片的片层厚度为Hnm-H×10nm；D、H分别为1-10之间的数。


5.根据权利要求4所述的Ni-W-P-Zr多元微晶镀层，其特征在于，所述α-磷酸氢锆纳米片采用氧氯化锆和磷酸，通过水热法或回流法制备而...

【专利技术属性】
技术研发人员：何毅，李虹杰，施太和，范毅，田秋成，刘大红，张慧俐，
申请(专利权)人：西南石油大学，天津市精成伟业机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51