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碳钢换热表面耐蚀抗垢镀层的制备与性能研究

作　者: 杨鑫
导　师: 李国喜
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: Ni-Cu-P合金镀层耐蚀性抗垢性热处理
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

换热设备是日常生活和工农业生产中被广为使用的设备之一。据调查,90%以上的换热设备都存在着不同程度的腐蚀和污垢的问题。腐蚀和污垢的存在,使换热设备的使用寿命缩短、传热能力降低、以及增大介质流动阻力。目前,大多数换热设备采用碳钢材质,而且常因换热设备处于环境的腐蚀,物料的结垢,热量的传递以及流体的冲刷等复杂的环境,其腐蚀和污垢的问题是相当严重的。本文通过在碳钢表面化学沉积Ni-Cu-P三元合金镀层对换热表面进行处理,用以提高其表面的耐蚀抗垢性能。试验确定了化学沉积Ni-Cu-P合金镀层的最佳镀液配方和工艺条件,分析了镀液组成和工艺参数对镀层沉积速度、耐蚀性的影响,利用结合力测试、XRD、SEM、EDS等手段对镀层的结合力、组织结构和成分进行了研究。试验采用极化曲线法、交流阻抗法及污垢沉积试验对Ni-Cu-P合金镀层的耐蚀抗垢性进行了研究。通过热处理炉对镀态Ni-Cu-P合金镀层在不同温度下进行热处理,并对热处理后的镀层的组织结构、耐蚀抗垢性进行了系统的理论分析。试验研究及理论分析表明,化学沉积Ni-Cu-P合金镀层的最佳镀液配方及工艺条件为NiSO425g/L,CuSO40.50g/L,NaH2PO235g/L,Na3C6H5O745g/L,NaCH3COO15g/L,适量的硫脲,pH=6,T=85℃。得到的镀层是具有胞状组织的非晶态结构,其平均成分为73.69%Ni、13.29%Cu及13.01%P。镀层的耐蚀抗垢性能对比试验和热处理试验表明,经过200℃镀后热处理的Ni-Cu-P合金镀层具有很好的耐蚀抗垢性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-27
  1.1 换热设备的腐蚀  11-13
    1.1.1 金属的腐蚀及其危害  11-12
    1.1.2 换热设备腐蚀原因分析  12
    1.1.3 材料的腐蚀控制  12-13
  1.2 换热设备的污垢  13-17
    1.2.1 换热设备的污垢及其危害  13-14
    1.2.2 换热设备污垢的形成机理  14-15
    1.2.3 污垢研究的现状  15-17
  1.3 换热设备的表面涂层技术  17-19
    1.3.1 表面技术概述  17
    1.3.2 换热设备表面涂层技术的发展  17-19
  1.4 化学镀镍技术  19-25
    1.4.1 化学镀镍技术及特点  19-20
    1.4.2 化学镀镍技术的发展  20-22
    1.4.3 化学镀Ni-P的机理  22-23
      1.4.3.1 原子氢态理论  22
      1.4.3.2 正负氢离子理论  22-23
      1.4.3.3 电化学理论  23
    1.4.4 化学镀Ni-Cu-P理论基础  23-25
  1.5 研究课题的提出  25-27
    1.5.1 课题的目的和意义  25
    1.5.2 课题的研究内容  25-27
第2章 Ni-Cu-P合金镀层的制备  27-37
  2.1 实验设备  27
  2.2 实验材料  27
  2.3 实验的工艺流程  27-29
  2.4 镀液组成及作用  29-31
  2.5 镀层性能的表征方法  31-32
  2.6 镀液的最佳配方和工艺条件  32-37
    2.6.1 正交试验设计  32-35
    2.6.2 镀液的改进  35-37
      2.6.2.1 pH值的改进  35
      2.6.2.2 稳定剂的添加  35-37
第3章化学镀Ni-Cu-P的工艺研究及镀层性能分析  37-47
  3.1 工艺条件对化学镀Ni-Cu-P沉积速率的影响  37-41
    3.1.1 次亚磷酸钠浓度对沉积速率的影响  37-38
    3.1.2 硫酸铜浓度对沉积速率的影响  38-39
    3.1.3 柠檬酸钠浓度对沉积速率的影响  39
    3.1.4 pH值对沉积速率的影响  39-40
    3.1.5 温度对沉积速率的影响  40-41
  3.2 工艺条件对化学镀Ni-Cu-P耐蚀性的影响  41-45
    3.2.1 次亚磷酸钠浓度对耐蚀性的影响  41-42
    3.2.2 硫酸铜浓度对耐蚀性的影响  42-43
    3.2.3 柠檬酸钠浓度对耐蚀性的影响  43
    3.2.4 pH值对耐蚀性的影响  43-44
    3.2.5 温度对耐蚀性的影响  44-45
  3.3 化学镀Ni-Cu-P的结合力  45
  3.4 化学镀Ni-Cu-P的表面形貌  45-46
  3.5 化学镀Ni-Cu-P的结构  46-47
第4章 Ni-Cu-P镀层耐蚀抗垢性的研究  47-67
  4.1 测试方法与仪器  47-48
  4.2 Ni-Cu-P合金镀层耐蚀性的研究  48-54
    4.2.1 极化曲线法研究镀层的耐蚀性  48-52
      4.2.1.1 极化曲线法的原理  48-50
      4.2.1.2 极化曲线法研究镀层的耐蚀性  50-52
    4.2.2 交流阻抗法研究镀层的耐蚀性  52-54
      4.2.2.1 交流阻抗法的原理  52-53
      4.2.2.2 交流阻抗法研究镀层的耐蚀性  53-54
  4.3 Ni-Cu-P合金镀层抗垢性的研究  54-59
    4.3.1 概述  54-56
    4.3.2 水垢形成的主要原理  56
    4.3.3 镀层抗垢性的研究  56-59
      4.3.3.1 不同换热表面对污垢沉积速度的影响  56-57
      4.3.3.2 流体速度对污垢沉积速度的影响  57-58
      4.3.3.3 温度对污垢沉积速度的影响  58-59
    4.3.4 运用表面技术进行抗垢的探讨  59
  4.4 热处理对镀层组织结构及耐蚀抗垢性能的影响  59-65
    4.4.1 热处理对Ni-Cu-P合金镀层结构的影响  59-62
    4.4.2 热处理对Ni-Cu-P合金镀层组织的影响  62-63
    4.4.3 热处理对Ni-Cu-P合金镀层耐蚀性的影响  63-64
    4.4.4 热处理对Ni-Cu-P合金镀层抗垢性的影响  64-65
  4.5 本章小结  65-67
第5章结论  67-69
参考文献  69-73
致谢  73

碳钢换热表面耐蚀抗垢镀层的制备与性能研究

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