改善喷射电沉积的纳米镍涂层的腐蚀行为和激光重熔

文摘

一个有效的方法来改善镍涂层耐腐蚀不锈钢(1 cr18ni9)。镍涂层被使用在了预存款1 cr18ni9喷射电沉积技术。然后在倪了预存款进行激光重熔涂层为了加强涂层的微观结构和衬底之间的接口和镍涂层。实验结果显示,在40 / dm的电流密度²,沉积涂层的最佳耐腐蚀由于精制谷物和茂密的内部结构。激光重熔后,镀层和基体之间的结合状态发展到一个新的冶金结合从最初的机械组合。腐蚀速率比较表明,喷射电沉积镍涂层与复合过程和激光重熔高耐蚀性与光1 cr18ni9以及喷射电镀镍涂层。

1。介绍

Nanocoating表面工程技术引起了广泛关注。它能够改善目标材料服务性能包括耐腐蚀通过提供新的机械和物理性质。在nanocoating准备方法,喷射电沉积(我)技术具有独特的优势,已被用于当地涂料的反应。因为电解质从喷嘴侵犯到阴极表面,高质量交通可以促进电解质liquid-mass-transfer速度。与其他传统的电镀方式相比,喷射电沉积有两个优点。首先,它允许增加沉积速率高达几十甚至上百次可以使用更高的电流密度。第二,它提供了沉积材料的纳米级加工谷物,因为使用的高电流密度大大加快了成核率和降低了晶粒尺寸结果(1- - - - - -7]。

激光重熔是另一个重要的技术来制造高性能涂料。通过高温融化预制表面涂层材料,高防腐性能或其他性能存款可以在材料表面形成(8]。因此,鉴于上述实验事实,结合激光重熔用喷射电沉积,它可能会实现涂层材料结构可以加强在激光扫描和存款的品质,尤其是腐蚀行为,也可能改善(9,10]。

本研究提出了提供一种简单的方式改善304不锈钢的腐蚀行为。它首先使用我预制纳米镍涂层的底物,然后利用激光辐射处理涂层基质提供密集的晶体镍涂层,与衬底材料紧密相连。其特征属性进行评估通过扫描电子显微镜(SEM)的晶体结构表征和盐酸腐蚀试验的腐蚀行为的决心。

2。实验的程序

自主研发的喷射电沉积的设置(见图1)被用来准备涂层材料。设置主要由计算机控制系统框架中,电解液循环系统、喷嘴和提升机制、直流电源等部分。

304不锈钢(1 cr18ni9)被选为基材,与标本100毫米×20毫米×2毫米大小。预处理过程所需的标本是之前实验如下。首先,标本是磨和抛光,因此使用400、800和1000网金相砂纸。之后,抛光样品被清洗用蒸馏水和丙酮浸泡脱脂处理,大约5分钟。电解质组成如下:硫酸镍250 g / L,氯化镍60 g / L,和硼酸40 g / L,缓冲试剂,保持电解溶液的pH值。在预淀积过程,镍涂层表面scan-deposited标本使用我,与矩形喷嘴(大小20毫米×1毫米)和电解液速度(170 l / h, 2.5 m / s)。每个标本的scan-deposit经历了600层,扫描速度10毫米/ s。我沉积前,一个薄镍层厚度为150 nm preelectroplated在衬底表面的硫酸标准瓦特浴作为夹层,以提高底物和镍涂层之间的附着力。电沉积过程中,一群直流被应用于电流密度30,40、50、60 / dm²,分别。

之后,进行了激光重熔过程使用SLCF-X12 25类型的公司₂激光。重熔工艺参数如下:激光功率1500 W,光斑直径2毫米,扫描速度850毫米/分钟,和重叠量20%。激光扫描前,涂层表面漆成黑色为了增加激光吸收率。基于“增大化现实”技术的气体保护激光扫描期间使用。

耐蚀性是通过质量损失测定,平均每个值是来自三个标本。执行的腐蚀试验是在一个大柜包含5 L 10%盐酸水溶液与腐蚀的室温(25°C),而不是搅拌或充气。每个标本脱脂和清洗后,他们都设置悬浮在腐蚀性的解决方案来实现完整的腐蚀。维度的涂层样品切成小标本20毫米×10毫米×2毫米。腐蚀速率曲线绘制功能的质量损失比腐蚀面积和时间。质量损失是由精密电子天平的精度检查10⁻⁴g。

3所示。结果与讨论

电镀镍涂层(人物的形态2(一个)- - - - - -2 (d)倪)显示在不同电流密度下纳米尺度微观结构。沉积涂层出现主要是紧凑,但仍然包含了一些宏观气孔和缺陷。一个不均匀的表面和粗粒度(见图2(一个))相对较低的电流密度下观察20 / dm²。随着电流密度的增加,沉积表面变得越来越顺利,直到电流密度达到40 / dm²(见图2 (c))。之后,整个床层进行了cellular-like增长和发展成更大的颗粒大小和颓废的表面平整度。

如图2、纳米晶体镍涂层镀层在基材- 304不锈钢(1 cr18ni9)。在接下来的过程中,高能密度激光束将用于扫描和融化镍涂层试样。在激光产生的快速凝固,试样表面形成一层新的涂料,见图3,完全不同于基体材料组成,衬底材料表面提供了更好的性能如耐腐蚀。图3还显示了激光重熔后试样的横截面。可以清楚地看到,有三个区横断面表面:回火区、相变硬化区,和冶炼区(8]。激光重熔后涂层的微观结构的变化,如图3,实际上是由于激光的独特特点,快速加热和冷却。激光扫描时,涂层冷却戏剧性地从融化的状态。细胞核没有足够的时间成熟,因此形成一个致密和细重熔层的晶体结构。同时,在激光辐射下,沉积的金属原子层和矩阵相互扩散,成为一个新的金属原子之间的键。这种转变成功地生成一个基材之间的冶金结合不锈钢和镍涂层,从最初的机械结合,所以保护涂层的附着力与衬底将加强9]。

图4说明了样品的腐蚀动力学包括衬底material-1Cr18Ni9、激光处理标本,喷射电镀标本,标本用喷射电沉积和激光扫描过程。见腐蚀速率曲线,在第一次接触8 h,衬底材料在快速腐蚀的腐蚀速率变得缓慢。在第一个20 h,衬底材料迅速恶化而出现nanocomposite-coated似乎保持逐渐下降趋势。基于这样的结果,这可能是假定纳米复合材料展览一个初始和瞬态腐蚀的腐蚀阶段不同于1 cr18ni9同行。合金在腐蚀的发生,可能会形成一个NiO规模包含许多缺陷,如气孔和微裂隙。在这种情况下,腐蚀性液体渗透通过规模不断增长的这些缺陷,达到规模/合金界面。

同时从图4腐蚀率被认为是大大降低后20 h。这可能是与两个因素有关。首先,涂盐的损失是由腐蚀性液体渗透将发生在后来的接触阶段。其次,Cr-rich下面逐步形成氧化物氧化镍层,可显著减轻连续腐蚀作用。关于激光的影响,与其他三条曲线对比图4曲线代表复合过程,即这些标本处理喷射电沉积和激光扫描,可以观察到有更好的性能,而这些标本只接收喷射电沉积的治疗显示腐蚀速率高于仅仅由激光处理的。标本只被喷射电沉积有更高的腐蚀速率26个小时后,这只比基质材料,未加工的304不锈钢。这种现象可能与腐蚀介质的渗透。一方面,激光增强改进电镀层的谷物。另一方面,腐蚀介质的渗透几乎是前往衬底材料通过涂层和基体的界面已经成为密集的冶金结合(11,12]。

的沉积涂层的腐蚀破坏机理,许多研究人员相信这是腐蚀介质沿孔进入到存款,导致腐蚀的金属基板以及材料剥落(13,14]。一般来说,提高存款的流失的关键层的通孔是减少实际上扮演着一个重要的角色在腐蚀介质渗透路径。然而,镍存款更容易受到侵蚀由于其特殊的高孔隙度。如果孔隙度在一个适当的方式,减少镍涂层的耐蚀性得到改善。

事实上,在使用喷射电沉积和激光强化效果,都是孔隙度的降低。这种变化的微观结构有利抑制腐蚀介质进入内涂层。同时,许多研究结果表明,激光重熔可以消除沉积的层状结构,使存款成等距和树突,因此有助于消除松散,涂料层中的孔隙度和其他缺陷。这些强化效应阻止腐蚀介质的渗透。然而,激光重熔过程中,激光,涂层和底物非常复杂的相互交互。激光和纳米晶体之间不仅存在热反应存款,存款之间的相互渗透和衬底材料。复合过程防腐机制仍需进一步探讨。

图5显示形态学腐蚀后的标本。根据图5(一个),腐蚀坑均匀分布在试样的表面,表明大多数的腐蚀发生在表面的标本。相比之下,根据图5 (b)激光重熔后的标本似乎相对光滑平坦,证明激光重熔后喷射电沉积可以提高试样的耐蚀性。

4所示。结论

我们在此表明,耐腐蚀的不锈钢衬底可以大大提高涂层与使用喷射电沉积镍涂层的表面。与电流密度达到40 / dm²致密、晶粒细化涂层达到预防腐蚀的渗透。镍涂层进行了激光治疗后形成重熔区,从而进一步加快形成致密和精细结构,改变原来机械结合基体与涂层之间的冶金结合,从而提高防腐行为了。喷射电沉积的标本处理和激光扫描油井腐蚀性能,比标本由喷射电沉积镍涂层和基材。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(51305178);江苏省高校自然科学基金(17 kjd460005);和徐州科技项目(KC16SG285),作者将非常感谢。

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