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化學鍍Ni-Cu-P鍍層具有較好的磁性、導電性、磨蝕及耐腐蝕等性質，被廣泛地應用于石油化工、機械和汽車等領域，但隨著其服役條件變得越來越苛刻，實際工況對其性能提出了更高的要求。本文設計3種不同Ni-Cu-P化學鍍層的熱處理工藝，研究了熱處理對鍍層組織結構及耐蝕的影響，以期進一步提高鍍層耐蝕性。

1試驗材料及方法

1.1鍍層的制備以10號鋼為基材，尺寸為15mm×15mm×5mm。工藝流程打磨→堿洗除油→水洗→活化→水洗→化學鍍→水洗→吹干。其中除油堿液成分為30g/LNaOH+30g/LNa3PO4+40g/LNa2SiO3，除油溫度85℃，時間30min；活化用10%H2SO4，時間15s。化學鍍液組成為28g/LNiSO4•6H2O+30g/LNaH2PO2•H2O+20ml/L絡合劑A+16g/L絡合劑B+1g/LCuSO4•5H2O，pH=5.5，施鍍溫度90℃，施鍍時間1h。

1.2熱處理及表征鍍層熱處理工藝為200℃保溫1h、300℃保溫30min和400℃保溫15min，空冷。采用XRD分析鍍層的物相，PAR2273電化學工作站測試動電位極化曲線及交流阻抗。鍍態及熱處理態的Ni-Cu-P鍍層為工作電極，飽和甘汞(SCE)為參比電極，石墨為輔助電極。腐蝕介質為3.5%NaCl(wt%)溶液，試驗溫度25℃，掃描速率1mV/s，ZSimpWin3.10軟件擬合數據。

2結果與討論

2.1XRD物相分析圖1為鍍態及熱處理態鍍層的XRD圖譜。可見，鍍態鍍層在θ=42°附近處出現彌散的衍射峰，表明鍍層為非晶態結構。鍍態鍍層的晶格畸變較大，處于亞穩定狀態，熱處理會使組織向熱力學穩定狀態轉變[8]。鍍層經200℃保溫1h后，圖譜未發生顯著變化，僅衍射峰的半高寬有小幅度下降，此時鍍層仍為非晶態。在300℃保溫30min后，出現了較尖銳的Ni-Cu固溶體和Ni3P衍射峰，這是因為隨熱處理溫度的升高，原子的遷移距離變長，鍍層中的各元素形成化合物[8]。此時衍射峰強度相對較低，說明鍍層剛開始由非晶態向晶態轉變。在400℃保溫15min后，對比300℃的XRD圖譜。可以看出，衍射峰強度明顯增強，表明鍍層晶粒長大、粗化，表面晶化過程基本完成。

2.2動電位極化曲線測量圖2為鍍態及熱處理態鍍層在3.5%NaCL溶液中的動電位極化曲線。可以看出，各條極化曲線變化趨勢相似。對極化曲線的擬合結果表明，熱處理使鍍層的自腐蝕電位Ecoor正移，自腐蝕電流icoor減小，且隨熱處理溫度升高，icoor呈先下降后上升的趨勢。其中，鍍態鍍層的icoor最大為8.6×10-5A，采用300℃熱處理工藝鍍層的icoor最小為1.1×10-5A。根據法拉第定律，icoor與腐蝕速度成正比，icoor越小腐蝕速率越低。因此，在3.5%NaCl溶液中經300℃熱處理鍍層的腐蝕速率最低，耐蝕性最好。

2.3交流阻抗測試圖3為鍍態及熱處理態鍍層在3.5%NaCL溶液中的Nyquist曲線。可看出，熱處理前后鍍層均表現為容抗弧，容抗弧表征著電化學溶解速率的傳遞電阻[9]。熱處理后容抗弧直徑明顯增大。表明熱處理使鍍層獲得了更好的耐蝕性[10]。其中，采用300℃熱處理，鍍層的容抗弧直徑最大，表明此時鍍層耐蝕性最好。采用RS(QRct)等效電路對Nyquist曲線進行數值擬合，其中，Rs為溶液電阻，Q為鍍層與腐蝕介質間的雙電層電容，Rct為電荷轉移電阻。Rct是反映鍍層耐蝕性的重要參數，其數值越大，鍍層耐蝕性越好[11]。結果表明：采用300℃熱處理，鍍層的Rct值最大，即耐蝕性最好，這與極化曲線的實驗結果相一致。通過極化曲線及交流阻抗等電化學測試方法測得實驗數據表明，熱處理能夠提高鍍層的耐蝕性，且經300℃熱處理的鍍層的耐蝕性最佳。這是因為：熱處理改變了鍍層的組織構成，提高了其耐蝕性。200℃的熱處理消除了鍍層中的內應力，釋放了鍍層中的氫，鍍層變得更為致密，從而有助于提高鍍層的耐蝕性[12]。300℃的熱處理使鍍層開始晶化，并有Ni-Cu固溶體和Ni3P析出相。晶化會產生缺陷，Ni3P相的析出會降低鍍層的磷含量，并與基體形成以Ni3P相為陰極的腐蝕微電池[12]，降低鍍層的耐蝕性。但與Ni3P同時析出的Ni-Cu固溶體則大大的提高了鍍層的耐蝕性[8]。此外，此時鍍層僅是開始由非晶態相晶態轉變，晶化過程遠未完成。綜合以上影響因素，鍍層的耐蝕性得到提高。鍍層經400℃×15min熱處理后，鍍層完全晶化，Ni-Cu固溶體減少，鍍層中產生更多的晶界以及晶體缺陷，微電池數量增加，腐蝕速度加快，耐蝕性降低。

3結論

(1)對比熱處理前后極化曲線及交流阻抗可發現，熱處理后鍍層的自腐蝕電位正向移動，腐蝕電流密度減小，阻抗弧直徑增大，電荷轉移電阻增大。說明熱處理態鍍層耐蝕性優于鍍態。(2)隨熱處理溫度的升高，自腐蝕電流呈先上升后下降的趨勢，采用300℃×30min熱處理得到的鍍層腐蝕電流密度最小，交流阻抗及擬合得到的電荷轉移電阻與極化曲線實驗結果一致，說明經此種熱處理工藝熱處理的鍍層耐蝕性最佳。

作者：徐明 胡傳順 王洪志 單位：遼寧石油化工大學 機械工程學院 中國石油管道公司 沈陽龍昌管道檢測中心