化學(xué)鍍鎳－磷鍍層在氫氟酸中的耐蝕性

李 壯， 梁 平

（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

化學(xué)鍍鎳－磷鍍層在氫氟酸中的耐蝕性

李 壯， 梁 平

（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

為了改善Q 235鋼在氫氟酸中的耐蝕性，采用化學(xué)鍍技術(shù)在其表面制備了鎳-磷鍍層。采用金相顯微鏡對鎳-磷鍍層的表面形貌進(jìn)行了觀察，通過浸泡和電化學(xué)等方法考察了Q 235鋼和鎳-磷鍍層在氫氟酸中的耐蝕性。結(jié)果表明：所得鎳-磷鍍層光滑、致密、平整，在氫氟酸中表現(xiàn)出較低的自腐蝕電流密度和較大的電荷轉(zhuǎn)移電阻，可明顯降低Q 235鋼在氫氟酸中的腐蝕速率。

鎳－磷鍍層；氫氟酸；耐蝕性

0 前言

蒙乃爾（Monel）合金在氫氟酸中有極好的耐蝕性，是目前最理想的耐氫氟酸腐蝕的材料之一。但由于蒙乃爾合金的價格較高，使其應(yīng)用受到限制［1－2］。鎳－磷鍍層在很多介質(zhì)中都表現(xiàn)出良好的耐蝕性［3］，但有關(guān)該鍍層在氫氟酸中的耐蝕性研究還很少見到。為此，本文采用化學(xué)鍍技術(shù)在Q 235鋼表面制備鎳－磷鍍層，通過浸泡和電化學(xué)等方法，考察了鍍層在氫氟酸中的耐蝕性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試樣制備

試樣為Q 235鋼。施鍍工藝流程：打磨試樣—→清洗—→丙酮擦拭—→活化（體積分?jǐn)?shù)為10%的稀硫酸）—→水洗—→化學(xué)鍍—→水洗—→吹干—→性能檢測

1.2 鍍液組成及工藝條件

NiSO4·6H2O 30g/L，NaH2PO2·H2O 10 g/L，C6H5O7Na3·2H2O 12.5g/L，CH3COONa 5 g/L，90℃，1h。

1.3 耐蝕性測試

分別將尺寸為50.0mm×25.0mm×5.6mm的Q 235鋼及鎳－磷鍍層放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸溶液中浸泡，溫度為30℃，腐蝕時間為72h，計算兩者的腐蝕速率。

采用PAR 2273型電化學(xué)測試系統(tǒng)測試動電位極化曲線及交流阻抗譜，工作電極為Q 235鋼和鎳－磷鍍層，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑片。試樣尺寸為10mm×10mm×6mm。動電位極化曲線測試條件：電位范圍－0.25～0.25V（相對于開路電位），掃描速率0.33mV/s。交流阻抗譜測試條件：頻率范圍100kHz～10mHz，擾動電壓10mV。采用ZsimpWin分析軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值擬合。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍層的表面形貌

采用Leica金相顯微鏡觀察鍍層的表面形貌，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。由圖1可知：鍍層由大量的胞狀物組成，胞狀物大小較為均勻，直徑約為5μm，且大部分沿著劃痕方向生長。

2.2 腐蝕速率

圖1 鎳－磷鍍層的表面形貌

將Q 235鋼和鎳－磷鍍層在氫氟酸中浸泡72h后，計算兩者的腐蝕速率。測試結(jié)果表明：鎳－磷鍍層的腐蝕速率為0.257g·mm－2·h－1，折合成年腐蝕速率約為0.289mm/a；Q 235鋼的腐蝕速率為6.011g·mm－2·h－1，折合成年腐蝕速率約為6.750mm/a?？梢?，Q 235鋼的腐蝕速率約為鎳-磷鍍層的23倍。

2.3 動電位極化曲線

圖2為鎳－磷鍍層和Q 235鋼在氫氟酸中的動電位極化曲線。對極化曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明：鎳－磷鍍層在氫氟酸中的自腐蝕電流密度約為6.450×102μA/cm2，Q 235鋼在氫氟酸中的自腐蝕電流密度約為1.215×104μA/cm2，表明鎳－磷鍍層具有更好的耐蝕性。

圖2 動電位極化曲線

2.4 交流阻抗譜

圖3為鎳－磷鍍層和Q 235鋼在氫氟酸中的交流阻抗譜。交流阻抗譜的容抗弧對應(yīng)著電化學(xué)溶解速率的傳遞電阻［4］，容抗弧的直徑越大，腐蝕速率就越小。由圖3可知：鎳－磷鍍層的容抗弧直徑明顯大于Q 235鋼的，表明鎳－磷鍍層的腐蝕速率比Q 235鋼的小得多。

采用圖4所示等效電路對交流阻抗譜進(jìn)行擬合。其中，Rs為溶液電阻，Q為常相位角元件，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻。擬合結(jié)果顯示：鎳－磷鍍層的電荷轉(zhuǎn)移電阻為217Ω·cm－2，Q 235鋼的電荷轉(zhuǎn)移電阻為6.84Ω·cm－2，表明鎳－磷鍍層具有更好的耐蝕性。這與浸泡實(shí)驗(yàn)和動電位極化曲線的測試結(jié)果相一致。

圖3 交流阻抗譜

圖4 等效電路

從以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，鎳－磷鍍層在氫氟酸中的腐蝕速率明顯低于Q 235鋼的。這主要是因?yàn)椋海?）由于鎳－磷鍍層是非晶態(tài)的，這種結(jié)構(gòu)中不存在晶界、位錯、孿晶之類的缺陷，大大減少了腐蝕的敏感位置，從而在氫氟酸中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性［5］；（2）鎳－磷鍍層較為致密、均勻，腐蝕介質(zhì)很難透過鍍層到達(dá)基材，在一定程度上阻止了氟離子與鐵的結(jié)合，起到了良好的耐蝕作用。

3 結(jié)論

采用化學(xué)鍍技術(shù)在Q 235鋼表面制備的鎳－磷鍍層光滑、致密、平整，在氫氟酸中表現(xiàn)出較低的自腐蝕電流密度和較大的電荷轉(zhuǎn)移電阻，可明顯降低Q 235鋼在氫氟酸中的腐蝕速率。

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［1］郭寧，秦紫瑞.耐氫氟酸新型鑄造合金的組織與腐蝕行為的研究［J］.上海有色金屬，2003，24（2）：59-63.

［2］SINGH V B，GUPTA A.The electrochemical corrosion and passivation behaviour of Monel（400）in concentrated acids and their mixtures［J］.Journal of Materials Science，2001，36（6）：1 433-1 442.

［3］FARZANEH A，EHTESHAMZADEH M，MOHAMMADI M.Corrosion performance of the electroless Ni-P coatings prepared in different conditions and optimized by the Taguchi method［J］.Journal of Applied Electrochemistry，2011，41（1）：19-27.

［4］張海軍，趙國剛，周月波.Ni-P-CNTs化學(xué)鍍層在酸性溶液中的電化學(xué)腐蝕行為［J］.表面技術(shù)，2009，38（6）：13-15.

［5］徐瑞東，郭忠誠，朱曉云，等.高磷非晶態(tài)鎳－磷合金鍍層的研究［J］.電鍍與環(huán)保，2002，22（3）：18-20.

Corrosion Resistance of Electroless Ni-P Coating in Hydrofluoric Acid

LⅠ Zhuang， LⅠANG Ping
（School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China）

In order to improve the corrosion resistance of Q 235steel in hydrofluoric acid，a Ni-P coating was prepared on its surface by electroless plating.The surface morphology of the coating was observed using metalloscope，and the corrosion behavior of Q 235steel and Ni-P coating was investigated by immersion and electrochemical method.The results show that the Ni-P coating is smooth and dense，and exhibits a lower self-corrosion current density and a higher charge-transfer resistance in hydrofluoric acid，that can obviously decrease the corrosion rate of Q 235steel in hydrofluoric acid.

Ni-P coating；hydrofluoric acid；corrosion resistance

TQ 153

A

1000-4742（2013）01-0030-02

2011-09-22