[发明专利]一种利用机械研磨技术在小尺寸金属管内壁制备纳米Ni-P镀层的装置和方法

说明书

本发明提供了一种利用机械研磨技术在小尺寸金属管内壁制备纳米Ni‑P镀层的装置和方法，该装置由金属管、加热带、控温器、支撑架、镀液罐、封头、传送带、电机、氧化铝球等部件组成，将镀镍液和氧化铝球加入金属管内，并用封头封堵住金属管的两端，再通过电机带动金属管转动使得氧化铝球与管壁碰撞产生机械研磨作用，从而将机械研磨技术与化学镀结合起来用于在小尺寸金属管内壁制备性能优良的纳米Ni‑P镀层。本发明能够有效克服金属管内壁与化学镀液不能有效接触和无法有效实施机械研磨作用的问题，进而可在小尺寸金属管内壁制备出结构致密、表面光滑、粘附性好、耐蚀性好的纳米Ni‑P镀层，提高金属管在油气田腐蚀环境中的服役性能。

技术领域

本发明属于金属表面工程技术领域，特别涉及一种利用机械研磨技术在小尺寸金属管内壁制备纳米Ni-P镀层的装置和方法。

背景技术

在油气田生产中，油井管和输送管都面临着CO₂、H₂S、元素硫、地层水等腐蚀问题。这些腐蚀问题的严重性和破坏性在于不仅给油气田造成物质和经济损失，还会造成人员伤亡和环境污染等灾难性后果。

化学镀Ni-P合金镀层是利用还原剂把化学镀液中的镍离子还原沉积在具有催化活性的金属表面上，以改善金属的表面硬度、耐磨性能、耐腐蚀性能等，从而延长金属构件在相应的工业环境中的使用寿命。为改善传统化学镀Ni-P镀层的性能，有学者[Y D He,etal.Scripta Materialia 58(2008)504-507]将机械研磨技术用于化学镀工艺中，在小试片镁合金表面制备出结构致密、表面光滑、性能优良的纳米Ni-P镀层。但是，在金属管内壁制备Ni-P镀层依然存在以下问题：

(1)难以实现金属管内壁与化学镀液的完全接触，从而影响Ni-P镀层的完整性；

(2)机械研磨化学镀Ni-P镀层性能优良，但仍无有效的方式在金属管内壁施加机械研磨作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用机械研磨技术在小尺寸金属管内壁制备纳米Ni-P镀层的装置和方法，能够在小尺寸金属管内壁制备出结构致密、表面光滑、粘附性好、耐蚀性好的Ni-P镀层，提高其在油气田腐蚀环境中的服役性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用机械研磨技术在小尺寸金属管内壁制备纳米Ni-P镀层的装置，包括用于给待施镀的金属管进行加热的加热带，用于储存镀镍液并向金属管内添加镀镍液的镀液罐，用于对金属管内壁进行机械研磨的氧化铝球，用于对金属管两端进行封堵以防止镀镍液流出的封头，以及用于带动金属管旋转的电机；其中加热带设置在金属管的外壁上，且加热带与控温器相连，金属管的内部填充有氧化铝球和镀镍液，封头设置在金属管的两端并与电机的转轴相连，且封头的内衬为聚四氟乙烯材质。

还包括用于支撑金属管的支撑架，金属管水平的支撑在支撑架的上方，且支撑架的顶部与金属管接触的部分设有开放式滚动轴承。

所述的氧化铝球的粒径为1～8mm。

所述的金属管的外径≤88.9mm，长度≤1m。

一种利用机械研磨技术在小尺寸金属管内壁制备纳米Ni-P镀层的方法，包括以下步骤：

1)镀镍液的配制

以硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、氟化氢铵和丁二酸为原料，加入去离子水配制成镀镍液，其中镀镍液中硫酸镍的浓度为20～40g/L，次亚磷酸钠的浓度为20～40g/L，柠檬酸钠的浓度为10～15g/L，氟化氢铵的浓度为1～3g/L，丁二酸的浓度为10～15g/L；

2)机械研磨化学镀