碳钢换热表面耐蚀抗垢镀层的制备与性能研究

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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 换热设备的腐蚀

1．1．1 金属的腐蚀及其危害

1．1．2 换热设备腐蚀原因分析

1．1．3 材料的腐蚀控制

1．2 换热设备的污垢

1．2．1 换热设备的污垢及其危害

1．2．2 换热设备污垢的形成机理

1．2．3 污垢研究的现状

1．3 换热设备的表面涂层技术

1．3．1 表面技术概述

1．3．2 换热设备表面涂层技术的发展

1．4 化学镀镍技术

1．4．1 化学镀镍技术及特点

1．4．2 化学镀镍技术的发展

1．4．3 化学镀Ni-P的机理

1．4．4 化学镀Ni-Cu-P理论基础

1．5 研究课题的提出

1．5．1 课题的目的和意义

1．5．2 课题的研究内容

第2章 Ni-Cu-P合金镀层的制备

2．1 实验设备

2．2 实验材料

2．3 实验的工艺流程

2．4 镀液组成及作用

2．5 镀层性能的表征方法

2．6 镀液的最佳配方和工艺条件

2．6．1 正交试验设计

2．6．2 镀液的改进

第3章 化学镀Ni-Cu-P的工艺研究及镀层性能分析

3．1 工艺条件对化学镀Ni-Cu-P沉积速率的影响

3．1．1 次亚磷酸钠浓度对沉积速率的影响

3．1．2 硫酸铜浓度对沉积速率的影响

3．1．3 柠檬酸钠浓度对沉积速率的影响

3．1．4 pH值对沉积速率的影响

3．1．5 温度对沉积速率的影响

3．2 工艺条件对化学镀Ni-Cu-P耐蚀性的影响

3．2．1 次亚磷酸钠浓度对耐蚀性的影响

3．2．2 硫酸铜浓度对耐蚀性的影响

3．2．3 柠檬酸钠浓度对耐蚀性的影响

3．2．4 pH值对耐蚀性的影响

3．2．5 温度对耐蚀性的影响

3．3 化学镀Ni-Cu-P的结合力

3．4 化学镀Ni-Cu-P的表面形貌

3．5 化学镀Ni-Cu-P的结构

第4章 Ni-Cu-P镀层耐蚀抗垢性的研究

4．1 测试方法与仪器

4．2 Ni-Cu-P合金镀层耐蚀性的研究

4．2．1 极化曲线法研究镀层的耐蚀性

4．2．2 交流阻抗法研究镀层的耐蚀性

4．3 Ni-Cu-P合金镀层抗垢性的研究

4．3．1 概述

4．3．2 水垢形成的主要原理

4．3．3 镀层抗垢性的研究

4．3．4 运用表面技术进行抗垢的探讨

4．4 热处理对镀层组织结构及耐蚀抗垢性能的影响

4．4．1 热处理对Ni-Cu-P合金镀层结构的影响

4．4．2 热处理对Ni-Cu-P合金镀层组织的影响

4．4．3 热处理对Ni-Cu-P合金镀层耐蚀性的影响

4．4．4 热处理对Ni-Cu-P合金镀层抗垢性的影响

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢