复合电沉积制备油管超疏水表面工艺研究

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石油开采中,油管的腐蚀问题愈发严重。在工业应用中,严重制约了其使用寿命和应用价值。为了增强油管的耐蚀性能,需要对基体进行表面处理且不改变其主要性能。拥有自清洁、减阻、防冰冻、油水分离、高耐蚀性等性能的超疏水表面在腐蚀防护领域是一个较新的研究方向。本文结合复合电沉积与超疏水表面的优点,以304L不锈钢为基体,结合颗粒的优异性能,通过复合电沉积在基体上构筑微纳米双重粗糙结构,制备了两种综合性能优异的304L不锈钢超疏水复合镀层,使其在工业中得到广泛应用。本文具体的研究内容及相应结论包括如下几点:首先,通过查阅大量相关资料及通读文献后,为提高基体与镀层的结合力,以预镀镍打底,在纯镍涂层上进行复合电沉积,尝试多次试验,最终确定了复合镀液的主要成分和复合电沉积工艺条件的最佳范围,为确定最佳工艺参数并进行单因素实验。以Si C、Al2O3颗粒为增强第二相,通过单因素实验主要探讨电流密度、不同Si C颗粒尺寸、沉积时间、Al2O3颗粒添加量、Si C颗粒添加量、镀液温度对Ni-Si C-Al2O3复合镀层的形貌及其性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、硬度测试、粗糙度测试、接触角测试分析实验数据并结合镀层性能分析得到:电流密度为4 A/dm2、沉积时间为60 min、镀液温度为60℃、Si C颗粒为40 nm、镀液Si C浓度为2 g/L、镀液Al2O3浓度为10 g/L是实现高硬度、高接触角、高耐蚀性超疏水Ni-Si C-Al2O3复合镀层制备的最优工艺参数。然后,将复合镀液中的增强第二相颗粒Si C替换成Mo S2颗粒,结合Mo S2颗粒自润滑性能,制备出更加理想的低附着力超疏水表面。取对镀层性能影响强度最大的电流密度、镀液Mo S2添加量为研究对象,多次进行单因素实验得到了最佳参数值:当电流密度为8 A/dm2,制备出硬度为547.1 HV、接触角为159.6°的超疏水Ni-Mo S2-Al2O3复合镀层。但随着Mo S2浓度的增加,镀层硬度急剧下降,硬度低至408.5 HV。同时增加了复合镀层的接触角,增强了其自清洁性。最后对两种不同的超疏水复合镀层和基体材料进行耐腐蚀实验。通过电化学工作站得出的塔菲尔极化曲线得出:超疏水Ni-Mo S2-Al2O3复合镀层的自腐蚀电位最正,腐蚀电流密度最小,自腐蚀电位、腐蚀电流密度大小次之的是超疏水Ni-Si C-Al2O3复合镀层,基体的自腐蚀电位最负,腐蚀电流密度最大,并结合截面腐蚀形貌结果得出了三种样品的耐蚀强度:超疏水Ni-Mo S2-Al2O3复合镀层>超疏水Ni-Si C-Al2O3复合镀层>基体。
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