【摘 要】
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碳钢的生产成本较低且具有良好的综合性能,被广泛用于人类生活生产的各个领域,如油气田行业、海洋工程、化学化工行业等。但是在碳钢的使用过程中,腐蚀尤为严重,对现代经济的发展造成了严重的阻碍。面对碳钢的腐蚀,表面覆盖技术发展迅速。其中为了提高钢材表面的耐腐蚀性能,化学镀Ni-P技术凭借操作方便、不需要外加电源以及制备的镀层具有优良的耐腐蚀性等特点被广泛应用。然而,研究者们对Ni-P化学镀层的冲刷腐蚀行为
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碳钢的生产成本较低且具有良好的综合性能,被广泛用于人类生活生产的各个领域,如油气田行业、海洋工程、化学化工行业等。但是在碳钢的使用过程中,腐蚀尤为严重,对现代经济的发展造成了严重的阻碍。面对碳钢的腐蚀,表面覆盖技术发展迅速。其中为了提高钢材表面的耐腐蚀性能,化学镀Ni-P技术凭借操作方便、不需要外加电源以及制备的镀层具有优良的耐腐蚀性等特点被广泛应用。然而,研究者们对Ni-P化学镀层的冲刷腐蚀行为及机理尚不明确,研究流体作用力和速度与Ni-P化学镀层腐蚀的关系较少。因此本文在Q235钢表面通过控制工艺参数和镀液成分,制备了 Ni-P化学镀层,并采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪、丝束电极电位电流扫描仪、电化学工作站以及Fluent有限元分析软件等技术对Ni-P化学镀层的组织形貌、力学性能以及冲刷腐蚀行为及机理进行了研究。组织形貌研究结果发现:Ni-P化学镀层的表面为胞状或花椰菜状,且胞状与胞状组织之间结合紧密。Ni-P化学镀层的截面厚度均匀,与基体结合良好。经过400℃热处理后,Ni-P化学镀层的厚度没有明显变化。XRD测试结果显示有Ni3P相生成,表明Ni-P化学镀层经过400℃热处理,其内部已经转变为晶体组织。Ni-P化学镀层冲刷腐蚀行为及机理的研究结果发现:在冲刷速度为1.5 m/s的腐蚀液中,Ni-P化学镀层的自腐蚀电流（icorr）随冲蚀角度的变化依次为:icorr（0°）＜icorr（90°）＜icorr（45°）。在相同冲蚀角度的腐蚀液中,Ni-P化学镀层的自腐蚀电流（icorr）随冲刷速度的变化依次为:icorr（1m/s）＜icorr（1.5 m/s）,即随着腐蚀液冲刷速度的提高,Ni-P化学镀层的腐蚀速率越快。结合数值模拟结果,当冲蚀角度为0°时,腐蚀液对其影响主要为切应力,Ni-P化学镀层的腐蚀速率最慢,表明切应力对其耐腐蚀性能影响最小;当冲蚀角度为45°时,腐蚀液对Ni-P化学镀层的影响主要为正应力和切应力的共同作用,Ni-P化学镀层的腐蚀速率最快,表明正应力和切应力的共同作用对Ni-P镀层的耐腐蚀性能影响最大;当冲蚀角度为90°时,腐蚀液对Ni-P化学镀层的影响主要为正应力,其对Ni-P化学镀层耐腐蚀性能的影响介于前两者之间。热处理对Ni-P化学镀层冲刷腐蚀行为及机理影响的研究结果发现:在不同冲刷速度的3.5 wt.%NaCl溶液中,热处理Ni-P化学镀层的自腐蚀电流（icorr）随冲刷速度提高而变大,依次为:icorr（0.4 m/s）＜icorr（0.8 m/s）＜icorr（1m/s）。当在 3.5 wt.%NaCl溶液中加入SiO2颗粒后,热处理Ni-P化学镀层的自腐蚀电流（icorr）变得更大。当冲蚀速度相同时,热处理Ni-P化学镀层的自腐蚀电流（icorr）高于未热处理Ni-P化学镀层的自腐蚀电流（icorr）。经冲刷腐蚀后,热处理Ni-P化学镀层产生了相比于未热处理Ni-P化学镀层更多的腐蚀产物,表明热处理Ni-P化学镀层比未热处理Ni-P更容易被冲刷腐蚀。结合数值模拟结果,Ni-P化学镀层边缘区域内腐蚀液具有最高的冲刷速度和最小的压力即Ni-P化学镀层边缘处是冲刷腐蚀最严重的区域。对Ni-P化学镀层局部冲刷腐蚀行为及机理研究时发现:在相同的腐蚀时间内,有Ni-P化学镀层的丝束电极相比于无Ni-P化学镀层的丝束电极具有更高的平均腐蚀电位以及更低的平均腐蚀电流。同时,在冲刷速度越快的3.5 wt.%NaCl溶液中或冲刷腐蚀时间越长时,Ni-P化学镀层的平均腐蚀电位越低。结合数值模拟结果,3.5 wt.%NaCl溶液在局部区域内流动速度越快,Ni-P化学镀层的腐蚀程度越严重。块状试样的电化学测试结果表明,在较高的冲刷速度条件下Ni-P化学镀层的腐蚀速率更大,且Ni-P化学镀层降低了 Q235钢的腐蚀速率。经冲刷腐蚀后,Q235钢表面腐蚀产物较多,Ni-P化学镀层只是在局部区域出现了腐蚀产物。
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