[发明专利]一种无裂纹Fe-Cr合金镀层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无裂纹Fe‑Cr合金镀层及其制备方法和应用，所述Fe‑Cr合金镀层中，Fe、Cr按质量百分数计，Cr的含量为10~60%，余量为Fe。所述制备方法是将高纯度石墨放入电镀液中作为阳极，将耐蚀性差或不抗高温氧化的金属工件放入电镀液中作为阴极；通入电源，控制电流密度为5~15A/dm²，电镀液温度为20~30℃，pH为2~3，机械搅拌转速为200~350r/min，电镀时间为10~30min。本发明制备得到的Fe‑Cr合金镀层可用于服役于腐蚀性液体介质中的金属材料的常温防护或高温腐蚀环境下的热端金属结构材料的高温防护。

技术领域

本发明涉及合金电沉积技术领域，尤其涉及一种无裂纹Fe-Cr合金镀层及其制备方法和应用。

背景技术

碳钢与合金钢因其较好的综合力学性能以及低廉的价格而广泛用作石化、发电以及能源管道输送设施的金属结构材料。但因Cr含量限制，这些结构用钢在常温腐蚀性介质中不能形成富Cr₂O₃的耐蚀性钝化膜，在＜900℃高温工作环境也不能形成连续的保护性Cr₂O₃氧化膜，为提高它们的耐蚀性或抗高温氧化性能，它们的表面常常施加高Cr防护涂层。迄今为止，用简单的电沉积技术在上述钢材表面制备耐常温腐蚀/抗高温氧化的高Cr的Fe-Cr合金镀层还鲜有报道，导致此问题的关键在于：共电沉积高Cr含量的Fe-Cr合金镀层难以克服贯穿镀层的裂纹多产生。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种无裂纹Fe-Cr合金镀层，所述Fe-Cr合金镀层中，Fe、Cr按质量百分数计，Cr的含量为10~60%，余量为Fe。

其中，当Cr含量增加至35%以上时，Fe-Cr合金由晶态转变为非晶态。

本发明第二方面提供了一种无裂纹Fe-Cr合金镀层的制备方法，将高纯度石墨放入电镀液中作为阳极，将耐蚀性差或不抗高温氧化的金属工件放入电镀液中作为阴极；通入电源，控制电流密度为5~15A/dm²，电镀液温度为20~30℃，pH为2~3，机械搅拌转速为200~350r/min，电镀时间为10~30min。

其中，所述电镀液组分及浓度为：0.5~0.7mol·L^-1CrCl₃，0.04~0.06 mol·L^-1FeCl₂，1.5~2.5 mol·L^-1尿素，0.2~0.4 mol·L^-1柠檬酸钠，0.1~0.3 mol·L^-1甲酸钠，0.5~2 mol·L^-1NH₄Cl，0.5~0.7 mol·L^-1H₃BO₃，5~15 g·L^-1NaF，5~15 g·L^-1NaBr，3~6 g·L^-1抗坏血酸，0.05~0.2 g·L^-1十二烷基硫酸钠。

其中，所述电镀液基础配方为氯化盐体系，所述氯化盐体系中NaCl的质量百分比浓度为3.0~4.0%。

其中，所述金属工件电镀前进行预处理，具体工艺为：机械打磨→化学除油→流动水洗→去离子水洗→酸洗活化→去离子水洗→预镀镍→去离子水洗。

其中，采用碱洗液对所述金属工件进行化学除油，所述碱洗液组分及浓度为：40~60 g/L NaOH、30~40 g/L Na₂CO₃、35~60 g/LNa₃PO₄·12H₂O 、10 ~20 g/L Na₂SiO₃，工艺参数为：温度50~60℃，pH值8，时间10~15 min。