一种基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层及其制备方法与流程

本发明属于防腐复合镀层制备，涉及一种基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层及其制备方法。

背景技术：

1、目前广泛应用的镀锌层与钢铁基体的电位差较大，在腐蚀介质中锌的溶出速度较快，越来越不能满足现代工业高防护性的要求，例如矿井及海洋环境中的镀锌紧固件，由于长年处于潮湿、腐蚀环境中，仅使用1年左右就锈蚀咬死。虽然通过增加镀锌层的厚度可以延长耐腐蚀的时间，但却带来其它的不良影响，包括成本增加、可焊性差、装配困难等，此外还存在镀层氢脆性高等问题。与镀锌层相比，锌合金镀层具有更优异的防腐性能，但其防腐能力依然无法突破防腐性能瓶颈，对于海洋、油气开采、航空航天等环境恶劣领域，其长效防腐问题仍是亟待解决的难题。

2、阳极性镀锌层是通过消耗自身达到对基体的保护，单层均质结构存在的问题是镀层在腐蚀介质中一旦出现点蚀，其腐蚀路径由表面向基体形成垂直通道，向下腐蚀的速率极快，很快腐蚀基体。

3、通过直流电沉积，其沉积的颗粒较大，致密性差，会在镀层中形成一些缺陷，如孔洞、漏镀情况等，即使增加镀层厚度，使得镀层的防腐性能提升有限。改变电源的输出波形(如脉冲电源)可以改善镀层的微观结构和宏观性能，提高镀层的防腐及其它机械性能。单向脉冲电沉积法制备金属镀层，利用瞬时较高的脉冲电流来增加阴极活化极化，并利用脉冲关断期间的离子扩散来降低浓差极化，从而改善镀层的物理、化学性能。

4、单槽中电源施加方式的瞬时切换(如脉冲、直流及脉冲不同参数等)是一个关键控制因素，其直接影响不同层结构的界面接触性能，从而影响整个镀层的防腐性能。

5、因此，有必要研究一种新的基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层来解决上述问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层；本发明的目的之二在于提供一种基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层的制备方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、1.一种基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层，所述防腐复合镀层包括依次设置在基体上的内层、中间层和外层；

4、所述内层的厚度＞中间层的厚度＞外层的厚度；

5、所述内层、中间层和外层的材料为锌合金；

6、所述锌合金中包含锌以及第二金属，所述第二金属的含量在内层、中间层和外层的材料中依次减小。

7、优选的，所述内层的厚度为3μm～7μm、中间层的厚度为0.5μm～5μm、外层的厚度为0.1μm～1μm。

8、优选的，所述第二金属为镍(ni)、铁(fe)、钴(co)、锡(sn)或铬(cr)中的任意一种或几种。

9、优选的，所述基体为钢铁材料；所述内层的材料中第二金属的含量不小于0.5％。

10、2、上述防腐复合镀层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

11、(1)将经过预处理后的基体置于电镀装置中作为阴极依次进行双向脉冲电沉积和直流电沉积，以便在基体上依次形成内层和中间层；

12、(2)在步骤(1)中形成的中间层上添加钝化液后进行反应形成钝化膜即为防腐复合镀层的外层。

13、优选的，所述预处理的方法具体包括除锈、碱洗、电解除油、酸洗和中和；

14、所述除锈具体为：将待处理基体通过喷砂处理除去表面锈迹，其中喷砂处理过程中喷砂压力为5～20mpa、喷砂时间为1～15min、采用的砂粒材料为陶瓷；

15、所述碱洗具体为：将经过除锈的基体在碱液中经过碱洗除去表面油污，然后用去离子水冲洗和漂洗，其中碱液中碳酸钠的浓度为10～15g/l、氢氧化钠的浓度为10～15g/l，碱洗的温度为60～80℃、时间为5～15min；

16、所述电解除油具体为：将经过碱洗处理的基体进行电解处理除去表面孔隙中的油污，然后用去离子水冲洗和漂洗，其中电解过程的电解液中碳酸钠的浓度为20～40g/l、氢氧化钠的浓度为20～40g/l，电解除油的温度为60～80℃、时间为1～10min；

17、所述酸洗具体为：将经过电解除油处理的基体在酸液中进行酸洗至基体表面冒泡，其中酸液为质量分数3～5％的稀硫酸，酸洗的时间为5～15s；

18、所述中和具体为：将经过酸洗处理后的基体置于中和液中产生不均匀状态得到经过预处理的基体，其中中和液中的碳酸钠的浓度为10～15g/l、氢氧化钠的浓度为10～15g/l，中和的温度为60～80℃、时间为5～10s。

19、优选的，所述电镀装置中包括脉冲电源、电镀槽、镍阳极板和电镀液；

20、所述电镀液中包括浓度为8～12g/l的氧化锌、浓度为70-130g/l的金属盐、浓度为90～120g/l的氢氧化钠、浓度为7-16ml/l的有机胺、浓度为0.01-0.06g/l的十二烷基磺酸钠以及浓度为1-6ml/l的二乙醇胺；

21、所述金属盐中的金属为所述防腐复合镀层的锌合金中的第二金属；

22、所述钝化液中的溶剂为去离子水，溶质为三价铬盐、有机羧酸或柠檬酸中的任意一种或者几种；

23、所述三价铬盐的浓度为45～195g/l、有机羧酸的浓度为10～145g/l、柠檬酸的浓度为10～145g/l。

24、优选的，所述双向电沉积脉冲过程中采用的脉冲平均电流密度范围为1～10a/dm2；所述直流法中直流电流密度范围为1～10a/dm2；

25、所述双向脉冲电沉积的参数为：脉冲频率为低频3hz～200hz、占空比为30％～70％、逆向系数为0.3～0.5。

26、优选的，所述反应时间为15s～90s、反应温度为20℃～40℃、反应的ph值为4.0～5.5、反应结束后空停时间为1s～15s、反应结束后在真空干燥箱中烘干；

27、所述烘干的温度为60℃～90℃、时间为10min～40min。

28、本发明的有益效果在于：

29、1、本发明公开了一种基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层，该防腐复合镀层通过在基体上形成三明治结构的内层、中间层和外层来极大提高防腐性能，主要是该防腐符合镀层的三层之间存在第二元素成分以及厚度的差异，以适应不同腐蚀阶段的腐蚀状态。本发明中三层厚度的差异，主要是由腐蚀行为决定的，阳极性防腐镀层，厚度越厚，其防护作用越强。在本发明中最外层致密的钝化膜外层可阻挡腐蚀介质对涂层的侵蚀，随着腐蚀的进一步发生；中间层相对较薄，并且属于易腐蚀层，产生致密的腐蚀产物可保护内层耐腐蚀层；内层较厚，可大大延长耐腐蚀时间，三层相互协调，从而大大提高其耐腐蚀性能。

30、2、本发明还公开了一种基于腐蚀强度自适应的防腐复合镀层的制备方法，主要是通过双向脉冲电沉积法制备内层、直流电沉积法制备中间层、与钝化液反应形成外层。本发明的制备方法具有以下优点：(1)与单向脉冲电沉积不同，采用双向脉冲电沉积法不仅可以降低镀层中的杂质含量、减少毛刺、提高均镀能力，还能提高镀层的耐蚀性、耐磨性、硬度等；(2)同时在同一镀槽中实现脉冲与直流输出方式的瞬时切换，从而实现第二元素成分差异及功能差异的防腐镀层，同时通过后处理形成三明治结构，以适应腐蚀过程腐蚀强度的变化，极大提升防腐性能。

31、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。