[發明專利]一種金屬防腐層的制備方法

在審

• 申請號: 201310624999.2
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN104674200A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 張文良
• 申請（專利權）人: 于洪洲
• 主分類號: C23C18/36
• 分類號: C23C18/36
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域：

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：

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。

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50～200μm，表面粗糙度≤10μm，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。

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。

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Cl^-、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。

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。

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。