[发明专利]一种金属防腐层的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于金属防腐蚀技术领域，涉及一种铜合金表面防止流动海水腐蚀和海生物污损的化学镀镍磷合金镀层的制备方法。

技术背景：

目前一些高性能船舶的螺旋桨采用各种铜合金材料制造。船舶螺旋桨在运转过程中与海水形成相对的高速运动，使螺旋桨表面形成极其复杂的流态，螺旋桨表面存在着严重的冲刷（磨损）腐蚀、空泡腐蚀。目前常用的防止冲刷（磨损）腐蚀、空泡腐蚀的方法有：选用耐蚀材料如采用不锈钢制造螺旋桨，但存在晶间腐蚀等问题；设计采用科学的螺旋桨结构使螺旋桨表面减少产生空泡的机率；目前较多采用的方法是涂层保护法或阴极保护法两种防蚀技术对螺旋桨进行保护。由于阴极保护法不能彻底解决高速海水腐蚀问题，涂层保护法目前是防止螺旋桨腐蚀的一种重要方法。其中，金属耐腐蚀涂层由于具有优异的表面光洁度和高强度的附着力而得到了国外普遍重视，这类金属涂层主要包括钴合金、镍合金、耐腐蚀铜合金等，但会存在与基体间的异种金属腐蚀问题。非金属涂层主要包括陶瓷、无机涂料、有机软性涂料（环氧树脂、氯化橡胶等）。其中陶瓷由于其质地坚硬，涂层与螺旋桨基体金属的结合力下降，涂层脱落失去保护作用，近年来少有报导使用。

对于螺旋桨的防污技术，早期对于未施加阴极保护的铜合金螺旋桨来说，利用其铜合金基体材料自身释放出铜离子杀死海生物即可达到防污效果，但随着技术的进步，阴极保护技术逐渐应用到对螺旋桨防腐，这种技术在保护螺旋桨免遭海水腐蚀的同时，也使螺旋桨失去了自身的防污作用；目前国外螺旋桨防污主要仍是利用金属防污涂层和非金属防污涂层，或将二者结合起来同时保护螺旋桨，防污原理与船壳相似，日本的一篇专利技术是在螺旋桨表面镀上一层硬质合金（如镍），涂层厚度为50～200μm，表面粗糙度≤10μm，该镀层具有良好防污效果。另一篇日本专利技术是在铸造青铜螺旋桨表面镀上一层铜，在这个镀层上再喷上一层NaOCl，最终形成氯化亚铜防污剂，防污效果五年，但对该涂层的防蚀效果未做评价。

对螺旋桨质量要求较高的船舶，一般都限制使用非金属涂层，要求螺旋桨表面所涂涂层重量轻，表面光洁度高，涂层厚度薄，这些都是非金属涂层无法达到的，同时非金属涂层的施工工艺决定了它在螺旋桨上的附着力较差，因此在该种螺旋桨上主要使用金属防污涂层。目前国外主要采用的金属防污涂层利用涂层中释放出的亚铜离子在涂层表面形成一层氧化亚铜膜，该层膜既可以杀死附着在螺旋桨表面的海生物，又可防止新的海生物附着，以此来达到防污的目的，但由于螺旋桨特殊的工况条件（高速旋转）使金属涂层中金属离子溶解加速，从而造成涂层使用寿命大大缩短。如螺旋桨部位施加了阴极保护则会抑制金属防污涂层中金属离子的溶解，该方法虽然可延长金属涂层的使用寿命，但其防污效果却几乎为零，从而造成涂层失效。

化学镀是利用一种合适的还原剂使镀液中的金属离子还原并沉积在基体表面上的化学还原过程，施镀工件浸入化学镀浴中在催化剂的作用下在表面发生金属的沉积，从而得到金属镀层，化学镀过程中不需要整流电流和阳极，金属沉积仅在施镀工件表面上进行，电子是通过溶解于镀液中的化学还原剂提供的。由于没有电流分布的问题，与其它镀覆方法相比，化学镀不受镀件几何形状的限制，凡能接触到镀液的地方都能获得厚度均匀的镀层，并可获得较大厚度的镀层，镀层结构致密，孔隙率低，镀层与金属基体间的结合强度高。研究表明镍磷合金镀层与基体间具有良好的结合力，其耐酸、耐Cl^-、耐氨蚀、耐缝隙腐蚀及耐海洋大气腐蚀性能良好。由于具有优异的耐蚀性、耐磨性、高硬度等性能，近年来化学镀镍磷合金镀层在各个领域的得到了广泛的应用。

采用次亚磷酸酸钠作还原剂获得的镀层是化学镀Ni-P合金，依含磷量不同可分为低磷（1～4%）、中磷（4～10%）、高磷（10～12%）。含磷量为8%以上的Ni-P合金是一种非晶态镀层，因为无晶界等缺陷而耐蚀性能特别优良，一般认为高磷非晶态合金镀层耐蚀性好。

根据金属表面对亚磷酸酸钠还原剂的催化活性大小，Cu及其合金作为活泼金属属于无催化活性表面，在其表面难以直接发生自催化沉积，经适当处理后在自催化镀液中浸渍就可以发生与被还原金属间的置换反应而在其表面形成一层具有催化活性的镀层，开始自催化沉积。由于化学镀工艺过程不需要外加电流，并且不受镀件几何形状的影响，因此可以对螺旋桨等复杂结构进行整体化学镀，在其整个表面上得到厚度均匀的镍磷合金镀层，从而达到对其进行全面保护的效果。