水基體系復合電鍍法制備鎳鋁高溫防護涂層.pdf

1、普通碳鋼(A3)是應用最為廣泛的結構材料之一，但因為其耐蝕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)實意義。當前廣泛使用的一種高溫防護涂層是氧化鋁涂層，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，將復合電鍍方法與熱反應擴散滲透技術相結合，制備出鎳鋁高溫防護涂層。此課

2、題在學術上的創(chuàng)新之處在于將復合電鍍技術應用于高溫防護涂層的制備。
　　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行。因此我們創(chuàng)新性地設計了兩步法的實驗方案，首先利用化學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合鍍的分散劑?；瘜W鍍結果表明: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，鍍得的鎳包鋁粉鎳含量大約55％質量分數(shù)，磷含量幾乎為零，化學鍍鎳可以通過控制鍍液酸度來控制鍍層中雜質磷含量，堿性越高，磷含量越低，當鍍液pH值大于11時，鍍層中磷含量幾乎為零;通過掃描電鏡、X-射線衍射、光學顯微鏡分析觀察，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合鍍要求。
　　利用脈沖復合鍍法把上一步化學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吸附等方式均勻致密地附著在機體表面，通過掃描電鏡觀察鍍層表面和斷面形貌，通過X射線衍射對鍍層進行了成分分析，同時在相同條件下與直流電鍍作了比較，結果表明: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致，厚度適中、SEM圖清晰可見鎳包鋁粉與基體之間結合緊密;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，符合實驗要求。
　　應用熱處理擴散技術使普通碳鋼上的結合不牢固的鍍層物質和基體相互擴散滲透，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。結果表明:鍍件在900℃——室溫間進行熱循環(huán)試驗，

6、經(jīng)10次循環(huán)仍結合牢固，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合良好;通過貼濾紙法實驗測定了涂層孔隙率為0.025，符合國家標準;利用點掃描測試涂層內(nèi)各個代表點的組織結構和組成成分，確定層內(nèi)生成了腐蝕性良好的Ni-Al金屬間化合物;對試樣進行了800℃、900℃、1000℃高溫氧化增重實驗，并與沒有涂層的基體在600℃氧化增重實驗做了對比，帶涂層的基體在以上的三個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℃時的氧化增重很快，說明金屬表面氧化嚴重，顯示基體金屬耐高溫腐蝕性較差。
　　通過電化學實驗測試有防護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行比較，結果表明: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。而從交流阻抗實驗中可知，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碳鋼的反應電阻明顯大于沒有防護層的基體，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