專利名稱：：不銹鋼表面高耐蝕性Cr-Pd合金電鍍工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于合金電鍍領(lǐng)域，同時當(dāng)利用該工藝對不銹鋼材料進行處理時，屬于高溫非氧化性介質(zhì)(尤其是酸性介質(zhì))環(huán)境中工作的不銹鋼防腐處理工藝。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有的Cr合金鍍層主要有鎳-鉻合金，鈷-鉻合金等，鎳-鉻合金膜主要用于提高基體的硬度和耐磨性，鈷-鉻合金由于其良好的機械性能和抗菌性，因此在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。Pd合金鍍層主要有鈀-鎳合金、鈀-鈷合金、鈀-銀合金、鈀-銅合金等，鈀與其他相應(yīng)的金屬相結(jié)合，可以獲得耐熱性、耐蝕性、可焊性、純度和外觀色澤良好的鈀合金鍍層，它在防腐蝕和電子電器等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷得到拓展。值得注意的是文獻(xiàn)和專利中均還沒有Cr-Pd合金電鍍的報道。Cr鍍層具有很高的硬度，較好的耐磨性和耐蝕性等，因此得到了很廣泛的應(yīng)用。在一般的腐蝕介質(zhì)中，由于鉻本身的鈍化作用，可以在基體的表面形成一層致密的鈍化膜，從而起到保護基體的作用。但是在高溫非氧化性介質(zhì)中，單純的Cr鍍層形成的鈍化膜會發(fā)生溶解腐蝕。本發(fā)明中的Cr-Pd合金鍍層在高溫非氧化性酸中具有自鈍化能力。由于Pd屬于鉑族元素，有較高的陰極氫交換電流密度和較高的熱力學(xué)電勢，從而可以促使Cr膜在非氧化性強腐蝕介質(zhì)中的電位提高，并促使其表面形成穩(wěn)定的鈍化膜。不銹鋼具有優(yōu)良的品質(zhì)和特征，特別是具有很好的耐腐蝕性，因此應(yīng)用的范圍非常廣泛。在一般的氧化性腐蝕介質(zhì)中，不銹鋼的表面可以生成一層致密的鈍化膜，阻止腐蝕介質(zhì)的滲入，從而達(dá)到保護基體的目的。但在我國的許多化工廠中一些不銹鋼設(shè)備用在高溫非氧化性酸性介質(zhì)的苛刻環(huán)境中，不銹鋼表面無法形成致密的鈍化膜，致使設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕問題。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的多年研究，初步找到了幾種解決辦法，如電化學(xué)保護技術(shù)，在工業(yè)中多采用陽極保護的方法，但是這種技術(shù)由于操作復(fù)雜，成本較高，不利于推廣使用。另一種方法是在基體中添加合金元素硅、鉬、鎳、稀土、銅等，但是此類方法涉及到冶金、熱加工、選擇合金元素及設(shè)備更新等問題，會使不銹鋼設(shè)備的生產(chǎn)成本大大提高，并且無法在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進行升級。傳統(tǒng)工藝對材料實施電鍍、化學(xué)鍍、電刷鍍是以獲得耐蝕性更好的阻隔性膜層從而達(dá)到防護效果，或利用犧牲陽極膜層來保護基體。如鐵基鍍鋅，鍍鎳，鎳鉻合金鍍，鎳鈷合金鍍等等。而不銹鋼本身具有非常良好的耐蝕性能，其在高溫非氧化性酸中耐蝕下降也意味著在其表面鍍敷依據(jù)傳統(tǒng)原理防腐的金屬膜層同樣不能使其耐蝕。對于不銹鋼而言，不銹鋼鈍化膜中有利成分的富集，膜結(jié)構(gòu)呈多晶態(tài)或非晶態(tài)，膜中有害雜質(zhì)或缺陷的減少，消失及均一的表面是不銹鋼耐蝕的主要原因。不銹鋼表面鍍鉻不僅能提高表面的硬度和耐磨性，同時，由于鉻本身的鈍化作用，可以促進不銹鋼基體表面鈍化膜的形成和穩(wěn)定。由于Pd屬于鉑族元素，有較高的陰極氫交換電流密度和較高的熱力學(xué)電勢，從而可以促使Cr膜在非氧化性強腐蝕介質(zhì)中的電位提高，從而形成穩(wěn)定的鈍化膜，它不但增強了陰極還原過程的速度，同時還有降低致鈍電流的作用，促進了表面自鈍化過程的實現(xiàn)，從而提高在非氧化性腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性能。因此，本發(fā)明中的Cr-Pd鍍層中含有的少量的Pd元素起到了很好的電化學(xué)改性作用，Cr有促進鈍化的作用，因而使用較薄的一層該合金鍍層即可以使不銹鋼材料在高溫非氧化性酸中極大地改善自鈍化能力，從而具有良好的耐蝕性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于制備一種耐蝕性優(yōu)異的合金鍍膜。開發(fā)出了一種電鍍鉻-鈀合金鍍液和施鍍工藝，工藝操作簡單，使用三價Cr鹽，鍍層耐蝕性優(yōu)良，環(huán)保性能較好。該工藝能夠在不銹鋼表面施鍍，能夠?qū)Σ讳P鋼在高溫非氧化性腐蝕介質(zhì)(尤其是酸性介質(zhì))中起到良好的保護作用。本發(fā)明的原理是由于鉻本身的鈍化作用，同時Pd有著較高的陰極氫交換電流密度和較高的熱力學(xué)電勢，從而可以促使不銹鋼表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，提高不銹鋼在非氧化性強腐蝕介質(zhì)中的電位，促進了表面自鈍化過程的實現(xiàn)。因而鉻-鈀合金鍍膜擁有非常優(yōu)良的耐蝕性能。尤其在不銹鋼表面施鍍時，由于不銹鋼本身也是鈍化材料，鉻-鈀鍍層可以極大地促進不銹鋼基體表面鈍化膜的形成和穩(wěn)定，較大的提高不銹鋼在非氧化性腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性能。本發(fā)明提供的不銹鋼表面高耐蝕性Cr-Pd合金電鍍工藝，依次包括表面預(yù)處理和電刷鍍歩驟，其特征在于，電刷鍍步驟中所用的電鍍液組成為鉻鹽CrCl3.6H20:25~150g/L鈀鹽Pd(CH3COO)2:0.5~10g/LH2C204.2H20l~20g/LHCOONa:50~100g/LCH3COONa:10~150g/LNH4C1:100~150g/LKBr:10-50g/LKC1:50~100g/LH3B0350~100g/L其余為水工藝參數(shù)為用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)鍍液pH值至l-3，施鍍時間為560分鐘，溫度為3(TC50'C，電流密度為l~10A/dm2，攪拌。本發(fā)明的創(chuàng)造性在于開發(fā)出了一種新的電鍍合金工藝，鉻-鈀合金電鍍工藝還未見任何文獻(xiàn)和專利報道。該工藝的重要部分是開發(fā)出一種性能優(yōu)良的電鍍鉻-鈀合金鍍液及其施鍍工藝，鍍層中的鈀元素和鉻元素起到了協(xié)同作用是獲得優(yōu)異耐蝕性能和耐沖刷能力的關(guān)鍵。該工藝操作簡單，鍍層的耐蝕性非常優(yōu)良，實用性強，釆用三價鉻電鍍，毒性小。將此工藝應(yīng)用在不銹鋼表面，通過電鍍鉻-鈀合金膜可以提高不銹鋼本身的鈍化能力，從而使不銹鋼擁有在高溫非氧化性介質(zhì)中優(yōu)異的耐蝕性能，膜層附著力良好，均勻，孔隙率低。本發(fā)明所提供的一種新的電鍍鉻-鈀合金工藝，應(yīng)用在不銹鋼設(shè)備在高溫非氧化性介質(zhì)中防腐處理的特點如下(1)本工藝的成本較低，環(huán)保性強。鍍液中的Cr元素采用的是三價的CrCl3.6H20，毒性小，施鍍時無鉻霧產(chǎn)生，廢液處理較簡單；鍍液中只需加入少量的Pd即可大大提高膜層在高溫非氧化性介質(zhì)中的耐蝕性能。(2)本工藝開發(fā)出的電鍍鉻-鈀鍍液性能穩(wěn)定，獲得的鍍層結(jié)晶細(xì)微，無針孔，外觀均勻無缺陷。(3)施鍍所需的時間較短，只需幾分鐘的時間即可獲得質(zhì)量良好的膜層。(5)該工藝通過電鍍鉻-鈀膜層改變不銹鋼表面的電位和電化學(xué)性能，極大地提高不銹鋼的鈍化能力，從而提高不銹鋼在高溫非氧化性介質(zhì)中的耐蝕性能，而非一般防腐膜層依靠的物理阻隔作用或犧牲陽極保護作用。故膜層的耐久度好，特別是當(dāng)鍍膜發(fā)生局部破損時仍然能保持良好耐蝕性。該工藝與傳統(tǒng)工藝對材料實施電鍍的保護原理是不一樣的。(6)施鍍后對不銹鋼在高溫非氧化性介質(zhì)(尤其是酸性介質(zhì))中的耐蝕能力有極大的提高。圖1Cr-Pd合金膜的表面形貌分析具體實施例方式本發(fā)明所提供的一種新的電鍍鉻-鈀合金工藝，應(yīng)用在不銹鋼表面進行防腐處理的實施例如下實施例l，工業(yè)用316L(GB00Crl7Nil4Mo2)不銹鋼板材電鍍鉻-鈀合金(1)前處理包括打磨掉粗糙表面的毛刺，除油，酸洗，電活化，去離子水沖洗。(2)隨后立即進行電鍍鉻-鈀合金，鍍液組成為鉻鹽CrCl3.6H20:25g/L鈀鹽Pd(CH3COO)2:0.5g/LH2C204.2H20lg/LHCOONa:50g/LCH3COONa:10g/LNH4C1:lOOg/LKBr:10g/LKC1:50g/LH3B0350g/L工藝參數(shù)為用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)鍍液pH值至l，溫度為35°C，電流密度為l~10A/dm2，攪拌。施鍍5分鐘獲得結(jié)合力良好，均勻，耐蝕性優(yōu)良的鍍層。使用高溫20%(質(zhì)量百分比濃度，以下同)硫酸溶液對施鍍后的316L不銹鋼板腐蝕行為進行了評價，結(jié)果如下表l試片在腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性對比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2，工業(yè)用316L(GB00Crl7Nil4Mo2)不銹鋼板材電鍍鉻-鈀合金(1)前處理包括打磨掉粗糙表面的毛刺，除油，酸洗，電活化，去離子水沖洗。(2)隨后立即進行電鍍鉻-鈀合金，鍍液組成為鉻鹽CrCl3.6H20:畫g/L鈀鹽Pd(CH3COO)2:4g/LH2C204.2H2010g/LHCOONa:80g/LCH3COONa:40g/LNH4C1:130g/LKBr:30g/LKC1:70g/LH3B0370g/L工藝參數(shù)為用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)鍍液pH值至3，溫度為40°C，電流密度為l~10A/dm2，攪拌。在施鍍10min后獲得結(jié)合力良好，均勻，耐蝕性優(yōu)良的鍍層。使用高溫20。/。硫酸溶液對施鍍后的316L不銹鋼板腐蝕行為進行了評價，結(jié)果如下表2試片在腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性對比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3，工業(yè)用316L(GB00Crl7Nil4Mo2)不銹鋼板材電鍍鉻-鈀合金(1)前處理包括打磨掉粗糙表面的毛刺，除油，酸洗，電活化，去離子水沖洗。(2)隨后立即進行電鍍鉻-鈀合金，鍍液組成為鉻鹽CrCl3.6H20:150g/L鈀鹽Pd(CH3COO)2:10g/LH2C204.2H2020g/LHCOONa:腦g/LCH3COONa:150g/LNH4C1:150g/LKBr:50g/LKC1:100g/LH3B03100g/L工藝參數(shù)為用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)鍍液pH值至3,溫度為5(TC，電流密度為l~10A/dm2，攪拌。在施鍍60min后獲得結(jié)合力良好，均勻，耐蝕性優(yōu)良的鍍層。使用高溫20。/。硫酸溶液對施鍍后的316L不銹鋼板腐蝕行為進行了評價，結(jié)果如下表3試片在腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性對比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種不銹鋼表面高耐蝕性Cr-Pd合金電鍍工藝，依次包括表面預(yù)處理和電刷鍍步驟，其特征在于，電刷鍍步驟中所用的電鍍液組成為鉻鹽CrCl3.6H2O25～150g/L鈀鹽Pd(CH3COO)20.5～10g/LH2C2O4.2H2O1～20g/LHCOONa50～100g/LCH3COONa10～150g/LNH4Cl100～150g/LKBr10-50g/LKCl50～100g/LH3BO350～100g/L其余為水工藝參數(shù)為用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)鍍液pH值至1～3，施鍍時間為5～60分鐘，溫度為30℃～50℃，電流密度為1～10A/dm2，攪拌。全文摘要本發(fā)明涉及不銹鋼表面高耐蝕性Cr-Pd合金電鍍工藝，依次包括表面預(yù)處理和電刷鍍步驟，其特征在于，電刷鍍步驟中所用的電鍍液組成為鉻鹽CrCl<sub>3</sub>.6H<sub>2</sub>O25～150g/L；鈀鹽Pd(CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>0.5～10g/L；H<sub>2</sub>C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>.2H<sub>2</sub>O1～20g/L；HCOONa50～100g/L；CH<sub>3</sub>COONa10～150g/L；NH<sub>4</sub>Cl100～150g/L；KBr10-50g/L；KCl50～100g/L；H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>50～100g/L；其余為水；用鹽酸或氨水調(diào)節(jié)鍍液pH值至1～3，施鍍時間為5～60分鐘，溫度為30℃～50℃，電流密度為1～10A/dm<sup>2</sup>，攪拌。本發(fā)明工藝操作簡單，使用三價Cr鹽，鍍層耐蝕性優(yōu)良，環(huán)保性能較好。該工藝能夠在不銹鋼表面施鍍，能夠?qū)Σ讳P鋼在高溫非氧化性腐蝕介質(zhì)(尤其是酸性介質(zhì))中起到良好的保護作用。文檔編號C25D3/56GK101457376SQ200910076290公開日2009年6月17日申請日期2009年1月9日優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日發(fā)明者唐聿明,唐鋆磊,禹左,亮徐,翔高申請人:北京化工大學(xué)