[发明专利]化学镀镍磷合金镀层的化学改性技术

说明书

技术领域

本发明涉及化学镀镍磷合金镀层的耐蚀性能改良，特别是涉及一种采用聚 四氟乙烯乳液、氟碳型阳离子表面活性剂、苯乙烯磺酸钠和丙烯酸等试剂为原 料，应用γ射线辐照/化学接枝技术，对镍磷合金镀层进行改性的制备工艺。

背景技术

钢铁等金属材料的腐蚀遍及国民经济各个应用领域，每年都会带来巨大的 经济损失，发达国家的调查研究表明，每年因金属材料腐蚀造成的经济损失占 国民生产总值的2％～4％，我国每年因腐蚀造成的经济损失也超过200亿元。 充分做好金属材料的腐蚀与防护工作，是保障资源有效利用、环境保护、正常 工业生产和新技术研发等一系列重大课题的重要举措。因而，积极研发耐蚀新 材料和防腐新技术，减少腐蚀造成的经济损失是当前急需解决的重大课题。

为有效减轻腐蚀所造成的损失，目前主要采用表面涂覆技术提高金属材料 的耐蚀性能，即用涂层阻止水、空气和腐蚀介质与金属材料接触提高其耐蚀性 能。许多学者采用电镀、化学镀、复合镀、气相沉积、电泳涂装等技术将Ni、 Cr、Zn等金属，Ni-P、TiN等合金镀层，SiO₂、TiO₂等氧化物薄膜，以及环氧 树脂等有机聚合物镀覆于金属表面，形成保护层。其中，化学镀镍磷(Ni-P)合 金镀层的研究较为广泛，Ni-P镀层孔隙少、厚度均匀、硬度高、表面光洁度及 与基体的结合力都较好，其结构为非晶态，不存在晶界、缺陷等，具有较高的 耐腐蚀性。

化学镀镍磷合金由于优异的耐蚀性而被广泛应用于各种工业环境中，但含 磷量不同的合金镀层在不同的腐蚀介质和环境中耐蚀性有明显的差别，要根据 具体应用条件而定。高磷量的Ni-P合金镀层(＞10wt％)为无定形结构，镀层无 晶粒界限，而且在空气中易形成玻璃态的钝化膜，能有效阻止电化学腐蚀发生， 故一般说来高磷镀层被认为有更好的耐蚀性，酸性条件通常选用高磷含量的 Ni-P镀层。强碱条件下低磷含量的Ni-P镀层的耐蚀性比较理想，但其耐蚀性 随腐蚀介质而异。

在众多防腐涂层中，Ni-P化学镀层具有良好的耐腐蚀性，已被广泛用于多 种金属材料的防腐研究，但常规Ni-P镀层在氧化性介质中的耐蚀性较差，而 且长期浸泡在氯化钠溶液中的耐蚀性能亦不理想，因而以Ni-P防护涂层为基 体，对其进行改性，研发新型、耐蚀性能优良的改性镍磷镀层具有重要意义。 如将镍磷镀层在1％CrO₃溶液浸渍15min，进行钝化处理，其抗盐雾实验效果 提高1倍左右；在钢铁基体上先闪镀铜后再镀Ni-P合金既能提高耐蚀性，同 时还能改进导电性和耐冲击性；采用双重镍磷镀层，即在高磷合金镀层上再镀 低磷合金镀层，由于低磷镀层的电位较高磷的更负，能起到牺牲阳极的作用； 加入Cu、Zn、Sn、MO、W、Cr和Re等合金元素，得到镍磷多元镀层以提高 其耐蚀性能；采用化学镀镍磷与各种惰性微粒共沉积，可得到功能全新的复合 镀层，如Ni-P-Al₂O₃、Ni-P-SiC、Ni-P-Cr₂O₃、Ni-P-PTFE、Ni-P-石墨等复合镀 层，从而提高镍磷合金镀层的耐蚀性、耐磨性和润滑性能。

化学镀镍磷合金镀层对大多数铁合金和铝合金材料来说属于阴极保护镀 层，但要确保镍磷镀层有优良的耐蚀性能，必须使其在金属表面上形成完整的 阻挡层。镍磷镀层的腐蚀主要有两种形式，一种是均匀腐蚀，另一种是在镀层 孔隙处发生点蚀。如果镍磷镀层存在孔隙或缺陷将会严重影响镀层的保护效 果，为避免镀层出现孔隙或缺陷，必须十分注意金属材料的前处理和镀后镍磷 镀层封孔等后处理工序。

从镍磷合金镀层用于防腐蚀的应用领域看，其防腐蚀重点是氯化钠介质的 局部腐蚀。氯离子是侵蚀性离子，其容易通过镍磷镀层的表面向金属基体渗透， 当其与被保护的金属材料接触时，通常引起金属材料的点蚀、缝隙腐蚀和晶间 腐蚀，从而导致镍磷合金镀层的防腐性能丧失。目前，大多数学者还是实施镍 磷镀层封孔处理或采用镍磷多元合金镀层和镍磷复合镀层，通过机械屏障作用 抑制腐蚀介质中侵蚀性氯离子对金属材料的破坏，并没有从根本上消除氯离子 对金属材料的危害，最终限制了镍磷镀层及其复合镀层在各领域的应用。