一種金屬防腐層的制備方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于金屬防腐蝕技術領域，涉及一種銅合金表面防止流動海水腐蝕和海生 物污損的化學鍍鎳磷合金鍍層的制備方法。 技術背景：
[0002] 目前一些高性能船舶的螺旋槳采用各種銅合金材料制造。船舶螺旋槳在運轉過程 中與海水形成相對的高速運動，使螺旋槳表面形成極其復雜的流態，螺旋槳表面存在著嚴 重的沖刷(磨損）腐蝕、空泡腐蝕。目前常用的防止沖刷(磨損）腐蝕、空泡腐蝕的方法有：選 用耐蝕材料如采用不銹鋼制造螺旋槳，但存在晶間腐蝕等問題；設計采用科學的螺旋槳結 構使螺旋槳表面減少產生空泡的機率；目前較多采用的方法是涂層保護法或陰極保護法兩 種防蝕技術對螺旋槳進行保護。由于陰極保護法不能徹底解決高速海水腐蝕問題，涂層保 護法目前是防止螺旋槳腐蝕的一種重要方法。其中，金屬耐腐蝕涂層由于具有優異的表面 光潔度和高強度的附著力而得到了國外普遍重視，這類金屬涂層主要包括鈷合金、鎳合金、 耐腐蝕銅合金等，但會存在與基體間的異種金屬腐蝕問題。非金屬涂層主要包括陶瓷、無機 涂料、有機軟性涂料(環氧樹脂、氯化橡膠等)。其中陶瓷由于其質地堅硬，涂層與螺旋槳基 體金屬的結合力下降，涂層脫落失去保護作用，近年來少有報導使用。
[0003] 對于螺旋槳的防污技術，早期對于未施加陰極保護的銅合金螺旋槳來說，利用其 銅合金基體材料自身釋放出銅離子殺死海生物即可達到防污效果，但隨著技術的進步，陰 極保護技術逐漸應用到對螺旋槳防腐，這種技術在保護螺旋槳免遭海水腐蝕的同時，也使 螺旋槳失去了自身的防污作用；目前國外螺旋槳防污主要仍是利用金屬防污涂層和非金屬 防污涂層，或將二者結合起來同時保護螺旋槳，防污原理與船殼相似，日本的一篇專利技術 是在螺旋槳表面鍍上一層硬質合金(如鎳)，涂層厚度為50~200 i! m，表面粗糙度< 10 i! m， 該鍍層具有良好防污效果。另一篇日本專利技術是在鑄造青銅螺旋槳表面鍍上一層銅，在 這個鍍層上再噴上一層NaOCl，最終形成氯化亞銅防污劑，防污效果五年，但對該涂層的防 蝕效果未做評價。
[0004] 對螺旋槳質量要求較高的船舶，一般都限制使用非金屬涂層，要求螺旋槳表面所 涂涂層重量輕，表面光潔度高，涂層厚度薄，這些都是非金屬涂層無法達到的，同時非金屬 涂層的施工工藝決定了它在螺旋槳上的附著力較差，因此在該種螺旋槳上主要使用金屬防 污涂層。目前國外主要采用的金屬防污涂層利用涂層中釋放出的亞銅離子在涂層表面形成 一層氧化亞銅膜，該層膜既可以殺死附著在螺旋槳表面的海生物，又可防止新的海生物附 著，以此來達到防污的目的，但由于螺旋槳特殊的工況條件(高速旋轉）使金屬涂層中金屬 離子溶解加速，從而造成涂層使用壽命大大縮短。如螺旋槳部位施加了陰極保護則會抑制 金屬防污涂層中金屬離子的溶解，該方法雖然可延長金屬涂層的使用壽命，但其防污效果 卻幾乎為零，從而造成涂層失效。
[0005] 化學鍍是利用一種合適的還原劑使鍍液中的金屬離子還原并沉積在基體表面上 的化學還原過程，施鍍工件浸入化學鍍浴中在催化劑的作用下在表面發生金屬的沉積，從 而得到金屬鍍層，化學鍍過程中不需要整流電流和陽極，金屬沉積僅在施鍍工件表面上進 行，電子是通過溶解于鍍液中的化學還原劑提供的。由于沒有電流分布的問題，與其它鍍覆 方法相比，化學鍍不受鍍件幾何形狀的限制，凡能接觸到鍍液的地方都能獲得厚度均勻的 鍍層，并可獲得較大厚度的鍍層，鍍層結構致密，孔隙率低，鍍層與金屬基體間的結合強度 高。研究表明鎳磷合金鍍層與基體間具有良好的結合力，其耐酸、耐cr、耐氨蝕、耐縫隙腐 蝕及耐海洋大氣腐蝕性能良好。由于具有優異的耐蝕性、耐磨性、高硬度等性能，近年來化 學鍍鎳磷合金鍍層在各個領域的得到了廣泛的應用。
[0006] 采用次亞磷酸酸鈉作還原劑獲得的鍍層是化學鍍Ni-P合金，依含磷量不同可分 為低磷（1~4%)、中磷（4~10%)、高磷（10~12%)。含磷量為8%以上的Ni-P合金是一種 非晶態鍍層，因為無晶界等缺陷而耐蝕性能特別優良，一般認為高磷非晶態合金鍍層耐蝕 性好。
[0007] 根據金屬表面對亞磷酸酸鈉還原劑的催化活性大小，Cu及其合金作為活潑金屬屬 于無催化活性表面，在其表面難以直接發生自催化沉積，經適當處理后在自催化鍍液中浸 漬就可以發生與被還原金屬間的置換反應而在其表面形成一層具有催化活性的鍍層，開始 自催化沉積。由于化學鍍工藝過程不需要外加電流，并且不受鍍件幾何形狀的影響，因此可 以對螺旋槳等復雜結構進行整體化學鍍，在其整個表面上得到厚度均勻的鎳磷合金鍍層， 從而達到對其進行全面保護的效果。
[0008] 我國的Ni-P鍍應用研究較晚，而且大多集中于鋼鐵基材的化學鍍。從目前掌握的 國內外文獻資料看，有報道在H62黃銅特種燈具用插頭與插座采用化學鍍Ni-P合金提高燈 具壽命，在HSn70_l黃銅冷凝器表面實施化學鍍防止銅管汽側的氨蝕，以及在黃銅基體表 面化學鍍Ni-P防止酸性氯化物溶液中的流動腐蝕，大部分文獻集中于碳鋼基體的化學鍍 Ni-P。此外有專利報道在凝汽器用管材表面和釹鐵硼永磁材料的化學鍍鎳磷技術。
[0009] 在螺旋槳用銅合金表面進行化學鍍鎳磷合金，尚未見這方面的報道。我們通過研 究，實現了在這種螺旋槳用銅合金表面化學鍍Ni-P合金鍍層的制備技術，研制成功了可以 獲得高磷含量的化學鍍Ni-P合金鍍層的鍍液配方，確定了化學鍍的工藝過程及參數，成功 制備了耐海水腐蝕性能優異的Ni-P合金鍍層。除優異的耐海水腐蝕性能外，化學鍍磷鍍層 由于表面光潔度非常好，屬于低表面能金屬涂層，可以提高螺旋槳表面光潔度，因此可以抑 制和降低海生物的附著力，從而減小海生物在螺旋槳表面的生長，對螺旋槳起到一定的海 生物污損效果，此外光潔的表面也可以起到降低螺旋槳噪聲的作用。
[0010] Ni-p鍍層相對大多工程用金屬或合金如碳鋼而言，在腐蝕介質中的電極電位正， 因此相對基體材料是陰極性的，一旦鍍層在施鍍或使用過程中造成缺陷導致鍍層存在針孔 或不連續，由于鍍層與基體間很高的陰、陽極比例，使基體發生加速局部破壞。我們的研究 表明，在螺旋槳銅合金表面沉積的化學鍍Ni-P合金相對基體材料呈微弱的陽極性，即一旦 鍍層出現缺陷，Ni-P合金會對基體起一定的陰極保護作用，從而防止基體出現局部腐蝕破 壞。
[0011] 對于高性能船舶的螺旋槳的腐蝕和海生物污損，除采用耐蝕材料和科學的螺旋槳 結構設計外，現有的對螺旋槳表面采用陰極保護和涂層保護進行防護的方法，難以很好的 解決螺旋槳工況條件下的腐蝕問題。目前螺旋槳表面采用的防污涂層效果不理想，且不能 兼具耐流動海水腐蝕性能。
【發明內容】
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[0012] 本發明的目的是提供一種使螺旋槳銅合金表面獲得無孔隙、厚度均勻且耐流動海 水沖刷腐蝕，表面光潔可以減少海生物附著的化學鍍鎳磷合金鍍層的制備方法。本方法在 螺旋槳銅合金表面化學鍍制備鎳磷（Ni-p)合金鍍層，對其復雜結構進行整體化學鍍，獲得 的鍍層與基體的結合力高，具有優異的耐流動海水腐蝕性能，且提高螺旋槳表面光潔度，可 以抑制螺旋槳表面的海生物污損。
[0013] 為了實現上述目的，本發明方法的技術方案包括除油、除銹、活化、化學鍍和后處 理五個工藝過程，其鍍液以次亞磷酸鈉作為還原劑，硫酸鎳作為主鹽，添加絡合劑、緩沖劑 及穩定劑，采用均勻設計法及單因素試驗方法對鍍液成份和化學鍍工藝參數進行優化，在 一定的鍍液成份、施鍍溫度、鍍液pH值等條件下進行鎳磷合金鍍層化學還原沉積，具體步 驟如下：
[0014] (1)除油：先用去污粉擦拭鍍件表面除去表面大量油污，流動水沖洗干凈；再將鍍 件在丙酮中浸泡30分鐘，完全清除表面油污；
[0015] (2)除銹：在溫度60°C- 90°C范圍內用4~5%的金屬清洗劑溶液清洗鍍件5~ 10分鐘，然后用流動水沖洗除去表面的金屬清洗劑殘液；
[0016] (3)活化：采用濃度5~10%的硫酸溶液作為活化劑，在室溫條件下活化時間為 30~60秒。表面活化后用蒸餾水清洗；
[0017] (4)化學鍍：其鍍液以次亞磷酸鈉為還原劑，硫酸鎳作為主鹽，加入絡合劑、促進 齊U、穩定劑等，在一定工藝條件下進行化學鍍。其鍍液的配方為：
[0018] 主鹽：硫酸鎳為20~30g/L
[0019] 還原劑：次亞磷酸鈉為30~40g/L
[0020] 絡合劑：乙酸鈉為5~10g/L