一、电镀电镀是一门历史悠久的外表处理技术电镀层可分为防腐蚀用、装饰用和功能性镀层像镀 Au、Ag、Cu-Zn、Cu-Sn 等主要用作装饰; 镀 Zn、Sn、Cu-Ni-Cr 等主要用于提高基材的防蚀性;硬 Cr、Ni-Fe、Ni-Co 等镀层则属于功能性镀层同一镀层可能具有两种或两种以上的用途,如 Cu-Ni-Cr 多层镀层主要用途是防腐蚀,但它又具有装饰、耐磨的功能在此仅就防腐蚀用电镀层作简要的介绍电镀层通常只适用于防止大气腐蚀,故一般都是阳极性保护镀层, 其原理是使阳极优先腐蚀从而保护了基体材料电镀锌层是典型的阳 极性镀层,由于其镀层厚度(一般不能超过 20μ m)所限,故主要应用 于小五金工件及磁性材料的室内保护经铬酸盐钝化处理后,其防腐 蚀性能大幅度提高,优良的锌镀层可抗 250h~300h 的中性盐雾试验, 可用于中性大气的室外防护,但在恶劣的工业大气和沿海气候中防腐 性能就比较差最近开发的 Zn-Ni、Zn-Fe 电镀层,尤其是 Zn-Ni 电镀 层,当镀层中 Ni 含量达 6%~10%时,5μ m~8μ m 的镀层彩镀后可 取得极好的防腐蚀效果此合金电镀层可抗 1500h 以上的中性盐雾试验,现已广泛应用于户外的电器及电力输送设备部件等的保护。
镀锡层的电位比铁正,属于阴极性镀层但它能和有机酸形成络合物,因此在有机酸环境中镀锡层变成阳极性镀层,但腐蚀率很低,不会因其孔隙而穿孔,被广泛用于罐头工业阴极性镀层,如 Ni、Cr 等,尽管自身耐蚀性优良,外表亮丽, 但由于孔隙的存在,会因大阴微小阳极的存在而加快基体金属的腐蚀为抑制此弊病,常承受多层电镀工艺如三层镀镍工艺,通过把握添加剂的成分和浓度,使镀镍层中的含硫量存在不均,导致由内到外镍 层电位递减,从而使镀层内有阳极保护效应此外还有为增加隔离作 用,削减孔隙率的复合电镀层,如 Cu-Ni-Cr 等复合电镀层二、化学镀化学镀又称无电解镀,它不同于化学转换镀层,其沉积过程不是通过界面固液两相间金属原子与离子的转换,而是利用液体中的复原剂与氧化剂即金属离子进展氧化复原反响,在催化外表沉积形成金属或合金镀层与电镀相比,化学镀最显著的特点是均镀性好,任何简单的部件均能产生均匀的镀层实现化学镀的关键是选择对应金属离子的复原剂最常用的复原 剂有次亚磷酸钠、甲醛、硼氢化钠以及胺基硼烷类和肼类衍生物等此外,化学镀还应有络合剂、缓蚀剂、促进剂、稳定剂、润湿剂和光亮剂已有 Cu、Ni、Co、Ag、Au、Pu、Pt 等化学镀层用于各种场合。
化学镀层往往是金属元素与复原剂的某一元素共沉积的镀层,如 Ni-P、Ni-B、Co-P 等,其镀层性能与纯金属层有较大差异,有很多优异的特性如化学镀 Ni-P 镀层可为非晶态镀层,而 Ni 镀层为晶态镀层,故Ni-P 镀层在耐蚀性、耐磨性能上均优于纯 Ni 镀层防腐蚀用的化学镀层主要是 Ni-P 化学镀层Ni-P 化学镀层的防腐蚀性在很多生产部门得到广泛应用油田采油设备和输油管道上广泛 承受 Ni-P 化学镀,试验证明,Ni-P 镀层在含 H2S 的石油和自然气环境中有格外好的耐腐蚀性例如美国西得克萨斯油田的低合金钢管道, 由于腐蚀和磨损,使用寿命不到 6 个月,承受 50μ m~75μ m 的 Ni-P 镀层保护后,使用寿命可延长到 2~4 年中东油田用的一般钢球阀, 最多能用 3 个月,而镀 75μ m Ni-P 镀层的球阀用了 2 年仍完好如初江汉油田所用的污水铸铁泵,使用不到 3 个月,即穿孔报废,改用1Cr18Ni9Ti 后使用 20 个月消灭严峻的点蚀和晶间腐蚀,而用铸铁泵外表镀 50μ m 的 Ni-P 镀层,使用 20 个月后,除叶轮棱角消灭腐蚀外, 其余部位未见腐蚀化学镀泵的本钱只有不锈钢泵 1/10。
大型化工设备如反响釜、管式换热器,承受化学镀层亦取得了良好的保护效果金陵、扬子、高桥、大庆等石化公司对局部焦化炼油的换热器进展了化学镀 Ni-P 保护,使用寿命普遍从 6 个月提高到 2 年以上,取得了良好的经济效益除石油化工领域外,在印刷机械、印染机械上的导辊都渐渐用耐腐蚀耐磨损的 Ni-P 镀层替代传统的硬铬镀层化学镀 Ni-P 技术的工业化应用在我国时间不长,已渐渐地被人们所认可,有着宽阔的进展前景三、热喷涂技术热喷涂技术是利用专用的设备使某种固体材料或粉末呈熔化或 接近熔化状态,并喷射到工件外表而形成掩盖层的技术目前已有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速喷涂等多种热喷涂方法喷涂的材料也由早先的纯金属如 Zn、Al、Ni、Cr、Al-Cr、Al-Ni 等,进展到高熔点、高硬度的金属氧化物如 Al2O3、ZrO3、TiO2,氮化物如 TiN、ZrN,硼化物如 CrB2、WB,硅化物如 Cr3Si,碳化物如B4C,TiC热喷涂同其它外表技术相比,最主要的特点是:第一,设备体积不大,并可移动,特别适用于户外大型金属构造如铁架、铁桥,大型设备如化工容器、储罐和船舶的防蚀喷涂;其次,可赐予材料特别的外表性能,如抗腐蚀、耐高温磨蚀和氧化性、隔热、耐辐射等性能; 第三,热喷涂取材范围极广,而且可直接在各种基体上喷涂;第四, 涂层厚度可把握,最厚涂层可达几毫米,这是电镀和化学镀难以到达的。
近年来,由于喷涂技术及其装备的进展和喷涂材料的改进,其使用范围已扩展到航空、航天、原子能和其它尖端工业领域,成为现代化工业中必不行少的工艺技术用于防腐蚀的热喷涂工艺比较简洁,最常用喷涂材料是锌、铝、镍基自熔化合金喷涂锌一般用于抗大气腐蚀和水的冲刷腐蚀,最成功的实例是铁路桥轨道下盖板的保护过去始终用油漆,效果极差, 经常停车检修,改用喷锌后取得良好效果建南京长江大桥时,用气喷枪喷涂盖板,再涂耐磨漆,至今保护完好,现已在全国铁路系统推广热喷铝抗大气腐蚀性优良,尤其有很好的抗硫化氢和二氧化硫高温腐蚀性,已广泛用于大型储罐、化工塔器、管道的保护在硫酸生产中,二氧化硫氧化为三氧化硫的转化炉的操作温度达 450℃~ 620℃,顶盖腐蚀严峻成片状剥落承受喷铝后,已安全使用 6 年半实践说明,在高温(300℃~650℃)气体中,0.3mm~0.5mm 厚的喷铝层,可用6 年以上;在工业冷却水中,0.1mm~0.3mm 的喷铝层与涂料等联合保护,可使用 3~5 年镍基自熔化合金涂层大多用于腐蚀环境中的磨损部件的保护如自然气田中的酸化压裂车的 35CrMo 渗碳淬火钢柱塞和阀,与15%~25%盐酸接触时受到严峻腐蚀,一般用 10 井次即报废,承受粉末等离子喷镍基自熔化合金涂层,进展 80 井次酸化压裂处理,柱塞外表光亮如初,不仅节约了大量设备费用,并大大提高了生产率,现已推广应用。
四、热渗镀热渗镀是用加热集中的方法把某种金属或合金渗入基体金属表 面而形成外表合金层的方法,这种外表合金层叫集中镀层该集中层最突出的特点是不像电镀层等一种外附的镀层,而是基体金属与渗层构成了有机的一体,因而结合格外结实渗层的耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性能主要取决于所渗入的元素渗镀的方法很多,按渗入元素的物理状态可分成固渗、液渗和气渗;按联合手段划分为电泳渗、电镀渗、喷涂渗等渗镀方法可以是单个元素渗,如渗Zn、Al、Cr、B、C、N 等,也可以是同时渗两种或两种以上元素的多元共渗,如 Zn、Al 共渗,Al、Cr、Si 三元共渗等由于渗入元素不同,所得渗层的性能也就不同此处仅就防腐蚀上最常用的渗锌和渗铝作一简要的介绍1. 热渗锌目前工业上应用的渗锌方法主要有粉末法渗锌和热浸镀锌粉末法渗锌是将外表预处理过的工件埋入装有粉末渗剂的密封容器中,使之加热到锌的熔点以下,保温肯定时间,然后随炉冷却至室温粉末渗剂的主要成分是纯锌粉,其中参加适量的填充材料如氧化铝、耐火土和氯化铵粉末渗锌最突出的特点是渗层均匀,没有氢脆,几乎没有变形,特别适合于小五金制品如螺帽、螺栓、弹簧以及长管的内壁、外形简单的工件和粉末冶金产品。
粉末渗锌层的硬度和耐蚀性远优于电镀锌层,在抗 H2S 腐蚀方面比电镀锌有大大提高例如合成汽油的热交换器管经渗锌后,在 550℃含 H2S 热系统中使用一年仍完好无损粉末法渗锌工艺的缺点是污染太大,且渗层外表远没有电镀锌美观热浸镀锌又称热镀锌,是把镀件浸入熔融的锌液中,使其外表形成锌层的方法,广泛承受森吉米尔法镀锌热镀锌应用面极其广泛, 如热镀锌无缝钢管、钢丝、钢板、大路路灯杆、交通隔栏、电力输送上大量使用的附件等热镀锌工件的使用寿命除与工艺本身有关外, 与镀锌层的附着量有直接的关系例如在重工业区,热镀锌的腐蚀率为每年 30g/m2~35g/m2,假设使用寿命要求 10 年以上,则锌层附着量必需在 300g/m2~350g/m2 以上热镀锌的腐蚀率在各种大气中有显著的差异如在乡镇地区为每年 5g/m2~8g/m2,在沿海地区每年高达 12g/m2~15g/m2所以,在不同地区,假设要求一样的使用寿命,对镀锌附着量上则应有所不同2. 热渗铝渗铝与渗锌一样是被广泛应用的防腐蚀手段,但它消灭得比渗锌晚得多,到本世纪才开头工业应用渗铝的方法主要是固体法渗铝和热浸镀铝固体法渗铝主要包括粉末渗铝和料浆渗铝,是将渗铝工件埋在粉末铝中,然后加热到 900℃~1050℃,保温肯定时间,使铝向工件外表集中。
这种渗铝层最显著的耐腐蚀性在于抗高温氧化、耐高温硫化物和低温湿 H2S 腐蚀以及抗硫化物的应力腐蚀等,它是解决高硫高碳原油加工装备腐蚀难题行之有效的方法之一例如,原油炼制中的催化分馏塔、脱硫塔、减压装置等使用的塔板、填料及附件,经渗铝后,使用寿命普遍提高 5~10 倍此外,在管束换热器上也得到成功的应用。