納米復合鍍層的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于脈沖電沉積技術領域，特別涉及一種脈沖電沉積制備N1-P-SnO2納米復合鍍層的方法。
【背景技術】
[0002]金屬腐蝕與防護技術一直是國內外學者研究的熱點。環境友好、高性能和長效防腐技術也是當今科學家的主要目標。金屬的腐蝕與防護主要技術有表面處理與涂層技術、緩蝕劑技術、陰極保護技術。其中光致陰極保護技術是20世紀90年代由日本學者提出的新型陰極保護方法，將半導體薄膜涂覆在被保護金屬上，在保護過程中半導體薄膜并不犧牲，可以成為永久性保護涂層，具有節省資源的優勢。T12是一種穩定、無毒、價廉的半導體材料，作為陰極保護涂層，一方面光照下可產生陰極保護作用，另一方面涂層的存在可以避免外加電流陰極保護法需要外加電源的缺點。但光致陰極保護技術也存在著一些技術問題:在碳鋼等通用基底上結合力不牢固，對可見光利用率低(僅吸收紫外光)，暗態下光生電子空穴快速復合使得其保護效率低，這幾個問題是光致陰極保護技術走向實用化的關鍵，這對于在自然環境條件下實現碳鋼等金屬材料的防護具有重要的理論和實際意義。
[0003]為了解決光致陰極保護存在的上述問題，科學家們對T12改性摻雜進行探索研究。在已有的研究中發現，在T12薄膜中耦合具有儲電能力的半導體氧化物可使其在暗態下釋放儲存的電子而延長陰極保護效率；而在T12涂層中摻雜金屬或非金屬元素可使其帶隙減小，增大可見光的利用率，但大多仍處于探索階段，很多實際問題未得到解決。
[0004]利用脈沖電沉積技術在碳鋼基體上先制備N1-P-SnOjft米復合鍍層中間層，不但可提高T12涂層與基體的結合力，其次可發揮SnO2的儲電子能力，可使外層T1 2涂層在暗態下繼續維持光致陰極保護效果，加之N1-P鍍層在熱處理后，N1、P可作為摻雜元素摻雜到T12涂層中，影響T1 2能帶結構，提高其對可見光的利用率，為光致陰極保護順利實施提供支撐。此外，利用脈沖電沉積技術制備N1-P-SnO2納米復合鍍層的鍍液配方及工藝方法還未見報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種脈沖電沉積制備N1-P-SnO2納米復合鍍層的方法。
[0006]本發明思路:通過利用脈沖電沉積技術，將SnO2納米粒子與N1、P共沉積，制備N1-P-SnO2納米復合鍍層，可作為基體與T1Jl的中間層，提高T1 2涂層與基體的結合力，鍍層中SnO2粒子可在發揮儲電子能力，在暗態下延長光致陰極保護時間，此外鍍層中N1、P在熱處理中可作為摻雜元素摻雜到T12涂層中，提高其對可見光的利用率。本次制備的N1-P-SnO2納米復合鍍層本身具有優異性能，SnO2粒子均勻分散到鍍層中，鍍層在3.5%的氯化鈉溶液中緩蝕效率高達90%以上。
[0007]具體步驟為:
(I)配制鍍液 a.將 NiSO4.6Η20、NiCl2.6Η20、H2BO3、NaH2PO4.H2O、糖精、十二烷基硫酸鈉分別溶解于蒸餾水配制溶液，其中NiSO4.6Η20濃度為120 g/L、NiCl2.6H20濃度為40g/L、H2BO3濃度為36g/L、NaH2PO4.H2O濃度為20g/L、糖精濃度為2g/L，十二烷基硫酸鈉濃度為0.lg/L，經容量瓶定容后陳化Sh待用，所用試劑均為分析純。
[0008]b.量取步驟⑴第a步配制的溶液注入電解槽內，調節pH值為4~4.5，加入粒徑為95~105nm的納米SnO2粒子于上述溶液中，放入超聲儀中進行超聲震蕩Ih使納米SnO 2粒子均勻分散且粒子濃度為2 g/L。
[0009](2)預處理碳鋼基體
將碳鋼基體按下列步驟進行預處理:砂紙打磨、蒸餾水洗、化學除油、蒸餾水洗、酸洗活化、蒸餾水洗、稱重。
[0010]⑶進行施鍍
將純Ni板和步驟(2)預處理的碳鋼基體固定在步驟(I)第b步使用的電解槽內，電解槽內盛有步驟(I)配制的鍍液，其中純Ni板作為陽極，步驟(2)預處理的碳鋼基體作為陰極，并用導線與脈沖電源接好，將電解槽置于恒溫水浴中，保證在施鍍過程中，步驟(I)制得的鍍液溫度在55~60°C ;設置脈沖參數，控制平均電流密度乂 = 2~2.5A/dm2，占空比R為25~35%，脈沖頻率為100~150Hz，脈沖時間為30~40min，進行施鍍即制得N1-P-SnO2納米復合鍍層。
[0011]本發明操作簡單、方便、易于操作和控制，鍍液穩定，不易變質，制備出的N1-P-SnOjfi米復合鍍層性能較好，具有不錯的應用前景。
【具體實施方式】
[0012]實施例:
(I)配制鍍液
a.將 NiSO4.6Η20、NiCl2.6Η20、H2BO3、NaH2PO4.H2O、糖精、十二烷基硫酸鈉分別溶解于蒸餾水配制溶液，其中NiSO4.6Η20濃度為120 g/L、NiCl2.6H20濃度為40g/L、H2BO3濃度為36g/L、NaH2PO4.H2O濃度為20g/L、糖精濃度為2g/L，十二烷基硫酸鈉濃度為0.lg/L,經容量瓶定容后陳化Sh待用，所用試劑均為分析純。
[0013]b.量取步驟(I)第a步配制的溶液注入電解槽內，調節pH值為4.3，加入粒徑為10nm的納米SnO2粒子于上述溶液中，放入超聲儀中進行超聲震蕩Ih使納米SnO 2粒子均勻分散且粒子濃度為2 g/L ο
[0014](2)預處理碳鋼基體
將碳鋼基體按下列步驟進行預處理:砂紙打磨至光亮、蒸餾水洗、60°C堿液除油15min、蒸餾水洗、5%鹽酸酸洗3min、蒸餾水洗、稱重。
[0015]⑶進行施鍍
將純Ni板和步驟(2)預處理的碳鋼基體固定在步驟(I)第b步使用的電解槽內，電解槽內盛有步驟(I)配制的鍍液，其中純Ni板作為陽極，步驟(2)預處理的碳鋼基體作為陰極，并用導線與脈沖電源接好，將電解槽置于恒溫水浴中，保證在施鍍過程中，步驟(I)制得的鍍液溫度在60°C ;設置脈沖參數，控制平均電流密度X= 2A/dm2，占空比R為30%，脈沖頻率為150Hz，脈沖時間為35min，進行施鍍即制得N1-P-SnOjfi米復合鍍層。
[0016]本實施例制得的N1-P-SnO2鍍層致密完整，表面納米粒子分布均勻，經X射線衍射儀測試鍍層相結構，SnO2納米粒子分散在鍍層中，鍍鈦下鍍層為無定形態，經200°C、400°C、600°C熱處理后逐漸晶化，且顯微硬度在熱處理后有顯著提高；以帶有附-?-31102鍍層的碳鋼基為研究電極，在3.5%的氯化鈉溶液中進行三電極體系測試，極化曲線和交流阻抗譜測試結果表明鍍層具有優異的緩蝕效果，其緩蝕效果雖不及N1-P鍍層，緩蝕率卻也高達90%以上，且脈沖電沉積制備N1-P-SnO2鍍層與基體結合牢固，能夠作為基體與T1Jl的中間層，鍍層中SnO2S子可發揮儲電子能力，預計能夠在暗態下延長光致陰極保護時間，N1、P在熱處理中能夠作為摻雜元素摻雜到T12涂層中，能夠提高其對可見光的利用率。
【主權項】
1.一種脈沖電沉積制備N1-P-SnO2納米復合鍍層的方法，其特征在于具體步驟為: (1)配制鍍液 a.將NiSO4.6Η20、NiCl2.6Η20、H2BO3、NaH2PO4.H2O、糖精、十二烷基硫酸鈉分別溶解于蒸餾水配制溶液，其中NiSO4.6Η20濃度為120 g/L、NiCl2.6H20濃度為40g/L、H2BO3濃度為36g/L、NaH2PO4.H2O濃度為20g/L、糖精濃度為2g/L，十二烷基硫酸鈉濃度為0.lg/L，經容量瓶定容后陳化Sh待用，所用試劑均為分析純； b.量取步驟(I)第a步配制的溶液注入電解槽內，調節pH值為4~4.5，加入粒徑為95~105nm的納米SnO2粒子于上述溶液中，放入超聲儀中進行超聲震蕩Ih使納米SnO 2粒子均勻分散且粒子濃度為2 g/L ; (2)預處理碳鋼基體 將碳鋼基體按下列步驟進行預處理:砂紙打磨、蒸餾水洗、化學除油、蒸餾水洗、酸洗活化、蒸餾水洗、稱重； (3)進行施鍍 將純Ni板和步驟(2)預處理的碳鋼基體固定在步驟(I)第b步使用的電解槽內，電解槽內盛有步驟(I)配制的鍍液，其中純Ni板作為陽極，步驟(2)預處理的碳鋼基體作為陰極，并用導線與脈沖電源接好，將電解槽置于恒溫水浴中，保證在施鍍過程中，步驟(I)制得的鍍液溫度在55~60°C ;設置脈沖參數，控制平均電流密度乂 = 2~2.5A/dm2，占空比R為25~35%，脈沖頻率為100~150Hz，脈沖時間為30~40min，進行施鍍即制得N1-P-SnO2納米復合鍍層。
【專利摘要】本發明公開了一種脈沖電沉積制備Ni-P-SnO2納米復合鍍層的方法。首先按照要求配制鍍液；然后對碳鋼基體進行預處理，即砂紙打磨、蒸餾水洗、化學除油、蒸餾水洗、酸洗活化、蒸餾水洗；最后進行施鍍。以沉積速率、顯微硬度及表面形貌為考察指標，研究鍍液中納米SnO2含量、電流密度、鍍液溫度、電鍍時間、占空比以及頻率對復合鍍層性能的影響，確定最佳的施鍍條件，本發明操作簡單、方便、易于操作和控制，鍍液穩定，不易變質，制備出的Ni-P-SnO2具有優異的性能，且在模擬海水中具有優異的緩蝕性能，此鍍層在功能復合鍍領域具有不錯的應用前景。
【IPC分類】C25D5/18, C25D15/00
【公開號】CN105132994
【申請號】CN201510647138
【發明人】劉崢, 張菁, 郭鵬, 莫國芳
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月9日