不锈钢表面电镀Pd-Co合金膜层及其在高温非氧化性介质中耐冲刷腐蚀性能研究

摘要

不锈钢材料由于表面具有一层以Cr为主的钝化膜而有着极强的耐腐蚀性能。但是在非氧化性介质中，例如高温稀硫酸或者高温甲乙酸溶液，不锈钢表面的钝化膜会发生溶解，使得不锈钢发生严重的腐蚀。前人研究发现通过在不锈钢表面沉积Pd或者Pd合金膜层能大大提高不锈钢在该类介质中的耐蚀性。但是，在实际应用领域中，往往存在溶液的流动甚至带有固体颗粒的状态，会对材料产生较强的冲刷腐蚀作用。因此，如何进一步提高膜层在非氧化性介质中的耐冲刷腐蚀性能显得尤为重要。本文在不锈钢表面电镀了Pd-Co合金膜层，并研究了其在非氧化性介质中耐冲刷腐蚀性能。
　　研究了工艺参数对膜层的表面形貌、成分、硬度、孔隙率等性能的影响。随着电流密度的增大，膜层中Co含量逐渐增大，膜层逐渐变得粗糙多孔，硬度逐渐增大，但是电流密度过高导致硬度下降。pH值对膜层性能的影响不大，当pH值为7～8时，膜层孔隙率最低，晶粒度最小。随着温度的升高，膜层中Co含量逐渐降低，晶粒尺寸先减小后增大，硬度逐渐降低。当电流密度为1 A/dm2，pH值为7～8，温度为35℃时膜层在含Br-的沸腾甲乙混合酸溶液中拥有最佳的耐蚀性。
　　系统地研究了Pd-Co膜层在沸腾甲乙混合酸溶液中的耐蚀性。Pd-Co膜层中Co的含量可在21.9 at.％到57.42 at.％范围内可控。在不含Br-的沸腾甲乙混合酸溶液中，Pd膜层及Pd-Co膜层均具有较低的腐蚀速率。但在含0.005 M Br-且有搅拌的溶液中，Pd-Co膜层试样比Pd膜层试样具有更好的耐蚀性。这主要是由于Pd-Co膜层比纯Pd膜层具有更小的晶粒尺寸、更低的孔隙率和更高的硬度，这使得Pd-Co膜层能更有效地阻止溴离子穿透膜层到达基体表面，同时提高了膜层的耐冲蚀和阻碍膜层中微孔扩散的能力。
　　在模拟PTA（精对苯二甲酸）冲刷腐蚀环境中研究了Pd-Co膜层及Pd-Cu膜层对不锈钢的保护作用。在静止环境中，Pd-Cu膜层比Pd-Co膜层有更好的耐蚀性能。但是随着搅拌速度的增大，Pd-Cu膜层表面由于冲刷腐蚀作用遭受了破坏，试样的失重明显增大;而Pd-Co膜层试样表面保持完整，对不锈钢有更好的保护作用。
　　在含100 g/L SiO2的80℃20 wt.％ H2SO4溶液中研究了Pd-Co膜层及Pd膜层的耐冲刷腐蚀性能。在静止环境中，Pd膜层试样比Pd-Co膜层试样有更好的耐蚀性。在低搅拌速度条件下，Pd及Pd-Co膜层试样的冲刷腐蚀过程由腐蚀部分控制，失重率均较低。在高搅拌速度条件下，Pd膜层试样的冲刷腐蚀速率大大增加，而Pd-Co膜层试样的冲刷腐蚀速率却维持在较稳定的范围，显示出了在强腐蚀性环境中良好的耐冲刷腐蚀性能。这主要是由于冲刷和腐蚀具有协同作用，在高搅拌速度下，Pd膜层首先被固体颗粒的冲击而破坏，露出了不锈钢基体，进而促进腐蚀作用增强，冲刷作用将进一步造成材料失效，使总失重率大大增加。Pd-Co膜层硬度高，在高搅拌速度下膜层保持完整，降低了协同作用的影响，因而具有更好的耐冲刷腐蚀性能。
　　最后，通过控制工艺条件在单一槽液条件下在不锈钢表面制备出Pd-Co梯度膜层，该膜层的成分沿竖直方向呈梯度分布，与单一膜层相比，梯度膜层的耐蚀性和耐冲刷腐蚀性能均有提高。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 不锈钢及其耐蚀性

1．1．1 不锈钢简介

1．1．2 不锈钢的耐蚀性

1．1．3 不锈钢在高温非氧化性酸性介质中的耐蚀性

1．2 不锈钢的腐蚀保护技术

1．2．1 电化学保护技术

1．2．2 不锈钢基体添加合金元素

1．2．3 不锈钢的表面处理

1．3 金属材料冲刷腐蚀研究现状

1．3．1 冲刷与腐蚀的协同作用

1．3．2 冲刷腐蚀的影响因素

1．4 电沉积钯系膜层的制备工艺与研究进展

1．4．1 电沉积钯膜的制备技术

1．4．2 电沉积钯合金膜的制备技术

1．5 本课题的研究内容和研究意义

第二章 工艺参数对电沉积Pd-Co合金性能的影响

2．1 前言

2．2 实验方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 试样制备

2．2．3 测试内容

2．3 结果与讨论

2．3．1 电流密度对Pd-Co膜层性能的影响

2．3．2 pH值对Pd-Co胰层性能的影响

2．3．3 温度对Pd-Co膜层性能的影响

2．4 结论

第三章 不锈钢表面电镀Pd-Co膜层及其在沸腾甲乙混合酸溶液中的耐蚀性研究

3．1 前言

3．2 实验方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 试样制备

3．2．3 测试内容

3．3 结果与讨论

3．3．1 Pd-Co膜层的表征

3．3．2 失重实验

3．3．3 极化曲线测试

3．3．4 腐蚀后试样SEM分析

3．4 结论

第四章 不锈钢表面Pd-Co膜层及Pd-Cu膜层在模拟PTA冲刷腐蚀条件的研究

4．1 前言

4．2 实验方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 试样制备

4．2．3 测试内容

4．3 结果与讨论

4．3．1 Pd-Co及Pd-Cu膜层的表征

4．3．2 失重实验

4．3．3 开路了电位监测

4．3．4 恒电位极化测试

4．3．5 极化曲线测试

4．3．6 冲刷腐蚀后试样SEM分析

4．3．7 讨论

4．4 结论

第五章 不锈钢表面Pd-Co膜层在含SiO2颗粒的高温硫酸介质中耐冲刷腐蚀性能研究

5．1 前言

5．2 实验方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 试样制备

5．2．3 测试内容

5．3 结果与讨论

5．3．1 Pd及Pd-Co膜层的表征

5．3．2 恒电位极化测试

5．3．3 极化曲线测试

5．3．4 交流阻抗测试

5．3．5 失重实验

5．3．6 冲刷腐蚀后试样SEM分析

5．3．7 冲刷腐蚀机理

5．4 结论

第六章 不锈钢表面Pd-Co梯度膜层的制备

6．1 前言

6．2 实验方法

6．2．1 实验材料

6．2．2 试样制备

6．2．3 测试内容

6．3 结果与讨论

6．3．1 梯度膜层的成分及结构分析

6．3．2 梯度膜层的性能

6．4 结论

第七章 总结论及创新点

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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