鍍液溫度對化學鍍Ni-P-Zn鍍層耐蝕性能的影響研究

侯彩鳳 張迎新 王 卓 韓 琪 龔澤昊

（中國石油大學勝利學院，山東 東營 257061）

近幾年隨著我國石油、天然氣的開采環境越來越惡劣，由于油氣田集輸管道和鋼結構等腐蝕問題而導致其使用性能下降和服役壽命下降嚴重影響油氣田的經營效應[1]。化學鍍是常用的防腐蝕技術之一，Ni-P型鍍層制備技術成熟，厚度均勻，耐蝕性較好，但是Ni-P鍍層是陰極型鍍層，會容易產生孔隙，從而導致鍍層表面局部腐蝕嚴重，最終形成穿孔。當我們在化學鍍Ni-P合金鍍層中加入Zn元素，在催化誘導還原反應沉積機理，即在鎳還原誘導下Zn進行共沉積[2]。Zn原子共沉積后原鍍層變為陽極性鍍層，在孔隙存在的情況下，不會對鍍層整體防腐性能產生明顯的影響，對提高鋼鐵的耐腐蝕性能具有重要意義[3-5]。李茂東等人[6]通過研究發現，Ni-Zn-P鍍層主要由非晶、微晶或其混合相組成，其中Zn，P原子固溶于面心立方Ni晶格中，鍍層耐鹽、耐堿腐蝕能力較強。徐志明等人[7]研究發現Ni-Zn-P鍍層在抵抗微生物腐蝕方面的功效要優于Ni-P鍍層；但是關于Ni-P-Zn鍍層制備工藝及其鍍層性能的研究還不完善。Ni-P-Zn鍍層工藝參數和鍍液配方的變化對鍍層表面性能影響的研究仍是一個熱點，對鎳基多元合金涂層的發展有非常重要的推動作用[8-9]。因此本文主要研究了化學鍍鍍液溫度對鍍層形貌、厚度、硬度、耐蝕性、親水性等性能的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

本試驗采用30mm×20mm×3mm尺寸，且一端有小孔直徑為3mm的Q235鋼作為基體材料。

1.2 試驗步驟

化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層采用的基本試驗流程分為基體處理→配制鍍液→施鍍三個過程。本試驗采用堿液去除油污，堿洗溶液由25g/L NaOH和28g/L NaCO3組成，堿液溫度為80℃，清洗20分鐘；酸洗活化是在室溫下進行的，并將試件放于10%的鹽酸中浸泡3min。鍍液配方見表1所示，配置完成后鍍液為酸性，需通過20wt.%的NaOH溶液將pH調節在4.5 左右。采用水浴加熱的方式進行施鍍，用銅線將試件綁好浸入鍍液中，施鍍時間為60min，鍍液溫度梯度為75℃，80℃，85℃，90℃，95℃。

表1 鍍液配方

1.3 性能測試

采用MDJ200型金相數字顯微鏡觀察涂層的表面形貌；硬度測試設備為HV-1000型顯微硬度計，載荷設定為300 g，保荷時間15 s；利用高精度涂層測厚儀表征涂層的厚度；通過動電位極化曲線測試鍍層的耐蝕性能，質量分數為3.5%的NaCl溶液作為電解液，電化學工作站為CAMARY Reference 3000。

本研究從廣州東湖自然水體中篩選鑒定出一些微藻，并研究其生長及油脂積累特性，期望篩選出油脂積累較高的藻類以便后續進一步研究，同時也為該水域是否潛在富油微藻提供一定依據。

2 試驗結果與分析

2.1 金相組織

物料在輸送過程中，易出現氣化等異常工藝情況，導致交接計量數據不準確，影響供需雙方的計量結算。該系統實現了對工藝影響因素的運算分析功能，通過對質量流量計運行過程中流量、密度、溫度、左右檢測線圈電壓、驅動增益等診斷信息分析和計算，評估工藝對批量數據不確定度的影響。通過計算給出一個批量時間內的輕微工藝影響因素和嚴重工藝影響因素的累積量和總累計量之間的比例關系，同時計算出工藝影響系數A. L.(%)、平均密度、平均溫度、累計總量。通過A. L.(%)可以判斷輸送過程中工藝影響因素對流量測量的可信度。通過工藝運行分析對不同交接計量應用建模，以確保準確計量。工藝運行分析情況如圖3所示。

不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的金相組織形貌如圖1所示。

圖1 不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的金相組織

從圖1可以看出，圖1（a）是溫度為75℃時獲得的金相組織，鍍層分布不均勻，可以看到部分劃痕，存在漏鍍現象。鍍液溫度為80℃-85℃（圖1（b）、1（c）），鍍層基本可以覆蓋基體，但鍍層高低不平。當溫度提升至為90℃，從圖1（d）中可以看出鍍層完全覆蓋基體表面，并且平整，連續致密。圖1（e）是溫度為95℃時獲得的金相組織，相較圖1（d）組織較粗大。

2.2 厚度與硬度

從圖3中可以看出，鍍層硬度隨鍍液溫度的變化趨勢與厚度的變化趨勢基本一致，即鍍層硬度呈現增加先升高后降低趨勢。由此可以得出，鍍層的厚度是決定鍍層硬度的主要因素。當鍍液溫度較低時，鍍層較薄，硬度較低；當鍍液溫度超過90℃時，鍍層厚度降低是因為溫度過高形成的鍍層表面疏松多孔，表面不均勻、鍍層不連續，因此導致鍍層硬度較差。

（3）子宮內膜癌（EC）病理基礎與造影表現。子宮系雙重動脈供血，CEUS首先使腫瘤滋養血管或癌灶生長部位的弓形血管和放射狀血管顯影、增粗、增多、密集、紊亂，造影表現為內膜癌灶較周圍子宮壁提前增強，消退期主要顯示腫瘤及周圍組織靜脈回流特點，無特殊表現。王英孌等[4]對27例子宮內膜癌經陰道超聲造影證實造影增強模式為整體快速充盈，增強及消退早于受累肌層。本組16例造影表現為整體低增強，分布稀疏不均勻，消退緩慢、較肌層晚。故早期快速增強為EC共同特征。

從圖2中可以看出，隨鍍液溫度的升高鍍層厚度呈現先增加后減小的趨勢。當溫度在75-85℃時厚度增加的較慢，說明鍍速較慢。當超過85℃后，在高溫下鍍速明顯加快，鍍層厚度隨著增加明顯，且在90℃時鍍層最厚為6.25 um。當溫度較低時，鍍液中離子熱運動較為緩慢，因此發生還原的速度較慢。隨著溫度升高，超過臨界溫度，則鍍液中的離子變得活躍，熱運動加快導致離子發生碰撞的概率大大增加，氧化還原反應的速率大大提升，因此鍍層沉積的速度加快。但鍍液溫度并不是越高越好，當鍍液溫度達到95℃以后，鍍液接近沸騰，沉積形成的鍍層穩定性降低，離子還原沉積后的瞬間又從基體表面被剝離，導致鍍層厚度降低，甚至低于低溫下的鍍層厚度，且鍍層表面的孔隙、裂紋、連續性等缺陷較多。

圖2 不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的厚度

不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的厚度和硬度如圖2和圖3所示。

圖3 不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的硬度

2.3 極化曲線

不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的Tafel曲線如圖4所示，擬合結果如表2所示。由圖4和表2可知，隨著鍍液溫度的提高，化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的自腐蝕電位基本呈現先增高后降低趨勢。當溫度為90℃時，鍍層的自腐蝕電位處于中等，說明鍍層的發生腐蝕的傾向一般。另一方面腐蝕電流密度代表了鍍層腐蝕速度的大小，在高溫下，即溫度為85-95℃時，鍍層的腐蝕電流密度較小，在溫度為70-80℃時，腐蝕電流密度較高。說明鍍層的耐蝕性能是與鍍層的厚度和鍍層的致密性都有緊密聯系。當溫度較低時，形成的Ni-P-Zn鍍層較薄，難以對基體起到保護作用；當鍍液溫度較高時，形成的鍍層較厚，可以有效提高鍍層的耐性性能，但溫度過高時，由于鍍層表面孔隙較多，疏松不致密，因此溶液受到腐蝕介質侵襲，導致鍍層耐性能較差。

表2 不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層Tafel曲線擬合結果

圖4 不同溫度化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層的Tafel曲線

3 結論

3.1 當鍍液溫度在75℃-85℃時，化學鍍Ni-P-Zn合金鍍層形成速度較慢，鍍層較薄，導致鍍層硬度較低；隨著鍍液溫度提高，化學鍍沉積速率明顯提高。當溫度為90℃時，鍍層表面均勻，致密且連續，厚度達到最高，硬度也最高。但鍍液溫度不宜過高，過高溫度下得到的鍍層表面質量較差，厚度、硬度等性能也相應較差。

選取2016年2月～2018年2月我院收治的老年短暫性腦缺血發作患者96例作為研究對象，將其隨機分為觀察組與對照組，各48例。其中，觀察組男28例，女20例，年齡60～71歲，平均（66.3±3.5）歲；對照組男29例，女19例，年齡60～72歲，平均（66.5±3.2）歲。兩組患者的性別、年齡等一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。納入標準：①年齡60～75歲，男女不限。②符合“短暫性腦缺血發作”的診斷標準[1] 。③排除顱腦占位性病變者，以及腦梗死、腦出血患者。④由家屬簽署知情同意書。

3.2 鍍層的耐蝕性能是與鍍層的厚度和致密性緊密相關。當鍍液溫度為90℃時，鍍層厚度最高，且表面連續致密，且鍍層的電化學極化曲線擬合得到的腐蝕電流密度最小，腐蝕速率最小。