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镉及镉合金(镍-镉合金)防腐性能

镍-镉合金镀层的牺牲阳极特性及其在海洋防腐工程中的应用

发布时间:2020-06-08 18:21:10    来源:费敬银原创

镍-镉合金镀层的牺牲阳极特性及其在海洋防腐工程中的应用

费敬银

西北工业大学 710072

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摘要

在潮湿的含有多种盐分的海水及海洋性大气环境中,通常选用镀镉防腐层来保护钢铁构件。低氢脆(LHE)镉镀层也是常用的飞机强度材料(超高强度结构件)必用的表面防腐镀层。虽然一直有人希望用锌基合金(锌-镍合金、锌-锰等)、以及锌基合金复合镀层(如TiO2光生阴极-牺牲阳极复合镀层)取代镀镉层,但是,至今未在军工品的关键部件上获得广泛应用。最新研究发现,FJY电刷镀镍-镉合金牺牲阳极性镀层,既可对钢铁构件具有牺牲阳极保护作用,又具有较好的抗磨损性能,可作为新一代海洋性环境大型钢构件的表面的高耐蚀、耐磨镀层使用。

关键词:刷镀 镀镉 镍-镉合金 高强钢防腐 海洋防腐 军舰防腐 潜艇防腐 水上飞机防腐

 

1. 前言

裸露在潮湿大气环境中、由碳钢、低合金结构钢制造的钢铁构件,很容易发生锈蚀。即使使用含铬量大于13%的高铬钢(如普通不锈钢等)制成的结构件,也难以抵抗海洋环境中Cl所导致的局部腐蚀。因此,对于在海洋环境中服役的钢铁构件而言,为了防止腐蚀,必须对其进行表面防腐处理、或采用电化学保护技术对其进行阴极保护。

近年来,伴随着刷镀技术的快速发展,采用FJY系列刷镀耐蚀镀层(如锌-镍合金、锌-钴合金、镍-磷合金、镍-镉合金等)、并实施恰当镀后表面改性处理的新型防腐方法,对重要的钢构件(铁路轨道、导航装备、航空发动机涡轮等)进行表面防腐的应用案例越来越多,该方法已逐步成为解决室外大型钢铁构件腐蚀问题的有效方法。

 

2.      -镉合金镀层特性简介

一般认为,镀镉层在潮湿的含盐环境中具有良好耐蚀性的原因有二:1.处在在中性氯化物水溶液中金属电偶序列表中,镉与钢铁相邻,略负于钢铁材料,属于牺牲阳极性镀层;2.镉的腐蚀产物膜密实而稳定,对基体有机械保护作用。

如果在镉镀层引入适量的镍形成镉-镍合金镀层,使其自腐蚀电位更接近钢铁的自腐蚀电位,当镀层与基体形成腐蚀微电池时,腐蚀微电池的驱动电势更小,腐蚀电流更低,镀层的耐蚀寿命就会更长。此外,镍元素的引入,对镉镀层有合金强化作用,镍-镉合金镀层的机械强度会明显提高,抗摩擦、磨损能力进一步增强。

FJY电刷镀技术工作室经过多年的潜心研究,开发出了通过调节镍-镉合金镀层中的镍含量,可调整合金镀层的自腐蚀电位,并找到了镀层性质转变的镍含量临界值(Ni71.64%)。当镍含量低于临界值时,镍-镉合金镀层为牺牲阳极镀层,反之为阴极性镀层。

 

3.      耐蚀合金(含镍-镉)FJY电刷镀工艺及说明

1)工艺流程:

机械除锈 溶剂去油 镀前处理(电净、活化、镀底镍) 刷镀镍基防腐层(根据防腐要求选择镀层种类)→ 镀后防腐改性处理(阴极钝化、防腐强化处理等) 涂油性缓蚀剂保护膜 定期检查、护养。

2)工艺说明:

1. 镀前处理:镀前处理是保证镀层与基体有良好结合力的关键步骤。与普通碳钢的镀前处理方法不同,对于含有铬、镍等易钝化元素的合金钢(如40Cr35CrMo925A等),必须采用FJY系列镀液专用于合金钢刷镀的镀前处理溶液,才能保证镀层与基体的结合力。

2. 刷镀镍基防腐层:

对于静态环境下(无机械摩擦、冲刷等)的防腐,可选用硬度较低、防腐性能良好的阳极性镀层(如锌-镍、锌-钴、锌、镉镀层等)。镀覆有阳极性镀层的构件,如果不是长期浸泡在海水中,该构件一般不会出现铁锈点。

对于动态环境下(伴随机械摩擦、冲刷等)的防腐,须选用硬度较高、且有较好防腐能力的镍及其合金基镀层(如耐磨镍、镍-磷合金镀层等)。由于这些合金镀层都属于阴极性镀层,所以,只有当镀层完全覆盖钢铁基体时,才能对钢铁构件有保护作用。反之,会加速基体的腐蚀。

特别需要强调的是,一般认为镍-磷合金有较好的耐蚀性,这种认知存在片面性。实际上,只有具有非晶态结构的镍-磷合金具有良好的耐蚀性,而具有晶态结构的镍-磷合金与常规镀镍层的耐蚀性相差不大。即使是非晶态结构的镍-磷合金,当镀层有破损、孔隙时,依然会以形成腐蚀微电池方式促进钢铁基体的腐蚀。

3. 刷镀镍-镉防腐层:

当选用组成合适的镍-镉合金镀层作为防护镀层时,该镀层兼有上述两类镀层的综合优点(既具有可靠的牺牲阳极保护特性、又有一定的程度的耐磨损性能)。也可采用双层刷镀的办法解决腐蚀磨损问题。即先镀一层耐磨镍基镀层,再镀一层牺牲阳极保护镀层(如镉镀层等)。

4. 镀后防腐改性处理:镀层都会存在微观缺陷(如针孔、厚度不均、漏镀等)。为了避免出现因镀层存在微观缺陷而导致耐蚀寿命降低的问题,应对镀层进行镀后防腐处理(阴极钝化、防腐强化处理等)。通过镀后防腐处理加工,可进一步提高钢铁构件的防锈能力。

 

4.      刷镀设备及耗材

对于光洁钢铁构件的表面防腐而言,使用牺牲阳极性镀层进行表面防腐时,镀层厚度多为815微米。若使用阴极性表面保护层(如非晶态镍-磷合金),则需要镀层致密而无孔隙,镀层厚度2530微米(若构件表面粗糙的构件,应适当增加镀层厚度)。为了可靠地控制防腐镀层的厚度,推荐使用FEIST镀层厚度实时监控刷镀电源(TY100A-15V-3型)进行刷镀施工。本文与防腐刷镀相关的原(辅)材料均由FJY电刷镀技术原创者提供。

 

5.      相关应用

通过不断地自主创新和广泛的国际合作,在电刷镀技术的创新性研究与应用方面达到国际先进水平。FJY电刷镀拥有百余项具有自主知识产权、适用于不同应用领域的FJY系列电刷镀技术与工艺,广泛应用于国家重点工程项目(如航天飞行器、大型运载火箭、洲际远程导弹、超音速翼型风洞、移动式导弹发射车、超速爆破、高能物理、核电、风电、太阳能等)的研制与生产。与本文相关的FJY防腐刷镀技术应用相关的部分实例如下:

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