低碳钢管表面化学镀Ni-P-Zn合金的研究

论文摘要

本研究采用化学镀自催化反应技术在20#钢管表面制备了光亮美观和耐蚀性能良好的Ni-P-Zn合金镀层。通过正交实验确定了化学镀Ni-P-Zn的最适宜工艺件为:硫酸镍:30 g·L-1:次磷酸钠:16 g·L-1;柠檬酸三钠:86 g·L-1;氯化铵:50 g·L-1;硫酸锌:8g·L-1;pH 9;温度95℃。通过单因素实验考察了化学镀最适宜条件对镀速的影响,结果表明,在此条件下具有较大的镀速。对化学镀最适宜条件下的化学镀Ni-P-Zn进行了热力学和动力学研究,并建立了相关数学模型。经验证,热力学模型结果符合本实验实际情况:动力学模型计算值与实验值基本吻合。通过自行研制OP-10硫酸酯（磺化OP-10）并与其它药品配制成化学镀光亮剂,提高了Ni-P-Zn镀层的光亮程度。在化学镀最适宜条件并加添加剂的情况下,镀层中磷含量随镀液中硫酸锌浓度的增加变化不大,但锌含量呈先提高后下降趋势,当硫酸锌浓度为8 g·L-1时,镀层中锌含量约为12%左右,此时其具有最好的耐蚀性能。通过在添加光亮剂的镀液中分别添加La、Ce和Yb等稀土元素,提高了镀速和改善了镀层的表面质量和耐蚀性能。镀层的耐蚀时间均明显高于化学镀Ni-P镀层和化学镀Ni-P+电镀Ni复合镀层的耐蚀时间,其中La元素效果最好。通过在200℃下对光亮剂和稀土改性化学镀制备的镀层进行热处理,进一步提高了镀层的质量和耐蚀性能。对热处理后的镀层进行表面钝化后,在盐雾试验中耐蚀时间可高达2100 h以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 化学镀的发展史
• 1.3 化学镀的分类及特点
• 1.4 化学镀镍镀层的性质及应用
• 1.5 化学沉积Ni-P-Zn镀层工艺的理论基础
• 1.5.1 化学镀镍原理
• 1.5.2 锌沉积原理
• 1.6 稀土元素在化学镀和电镀中的应用
• 1.6.1 稀土在电镀上的应用
• 1.6.2 稀土在化学镀中的应用
• 1.7 本论文的主要研究内容
• 1.8 课题的目的和意义
• 第二章 钢管表面化学镀Ni-P-Zn
• 2.1 钢管表面的预处理
• 2.1.1 预先脱脂
• 2.1.2 电解清洗
• 2.1.3 酸洗
• 2.1.4 弱浸蚀
• 2.1.5 脱脂—浸蚀—步法
• 2.1.6 低碳钢的预处理
• 2.1.7 本实验钢管预处理工艺流程
• 2.2 化学镀Ni-P-Zn
• 2.2.1.实验试剂及仪器
• 2.2.2 实验材料
• 2.2.3 检测方法
• 2.2.4 化学镀镍各组分的作用与选择
• 2.2.5 化学镀镍的实验装置和工艺流程
• 2.2.6 镀液配制方法
• 2.3 化学镀正交实验
• 2.3.1 正交实验设计
• 2.3.2 正交实验结果与讨论
• 2.4 单因素实验
• 2.4.1 硫酸镍浓度对镀速的影响
• 2.4.2 次磷酸钠浓度对镀速的率影响
• 2.4.3 硫酸锌浓度对镀速的影响
• 2.4.4 柠檬酸三钠浓度对镀速的影响
• 2.4.5 pH值对镀速的影响
• 2.4.6 温度对镀速的影响
• 2.5 化学镀Ni-P-Zn的热力学和动力学研究
• 2.5.1 化学镀镍的热力学
• 2.5.2 络合剂为柠檬酸三钠时的自由能ΔG
• 2.6 化学镀Ni-P-Zn合金的动力学
• 2.6.1 基本原理
• 2.6.2 实验方法及结果分析
• 2.6.3 动力学方程的检验
• 2.7 添加剂对镀层光亮度的影响
• 2.7.1 乳化剂OP-10的磺化
• 2.8 稀土元素对化学镀Ni-P-Zn合金的影响
• 2.8.1 实验方法
• 2.8.2 实验结果与分析
• 2.9 硫酸锌浓度对镀层锌含量的影响
• 2.9.1 工艺条件
• 2.9.2 镀层组份测定
• 2.10 镀层中锌含量对耐蚀性能的影响
• 2.11 本章小结
• 第三章 化学镀Ni-P-Zn合金层的热处理
• 3.1 镀后除氢处理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验装置图
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 热处理对晶体结构的影响
• 3.3.2 热处理对镀层耐蚀性能的影响
• 第四章 化学镀Ni-P-Zn合金层的钝化处理
• 4.1 钝化机理
• 4.2 实验
• 4.3 钝化后性能检验
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果