一种纳米SiO2复合涂层的制备方法与流程

一种纳米sio2复合涂层的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种电工材料技术领域，尤其涉及一种纳米sio2复合涂层的制备方法。

背景技术：

2.氢能由于清洁、热值高、可循环再生等优点，被誉为当今最具有发展潜力的二次能源。发展氢能既是我国重要的能源战略，也是实现“双碳”目标的终极途径。当前，随着氢能源的推广应用及相关装备技术的发展，材料面临更多的酸性、高温、高强、腐蚀服役环境，而酸性介质中的氢原子进入到材料后引发的氢脆及腐蚀失效问题，特别是在其防护技术开发等方面，还面临较大的挑战，氢的运输和贮存已成为其大规模应用的“瓶颈”和研究热点。由于氢原子原子半径小，在材料中的运动具有扩散系数高的特点，降低氢原子危害的措施之一便是阻碍其进入到材料中。因此，在不改变基体材料力学性能的前提下，利用表面改性技术阻碍氢进入材料，从而降低材料的氢脆风险，具有重要的应用价值。
3.当前，有关阻氢涂层的研究及技术已发展多年，常用的阻氢涂层制备工艺包括：气相沉积法、等离子喷涂法、包埋渗铝法、溶胶凝胶法、微弧氧化等，但这些方法都对设备提出了较高的要求，难以实现大规模应用，且工艺成本较高。同时，由于材料服役过程中涂层产生破损和微孔洞的问题，对材料在酸性等含氢介质中服役时的耐腐蚀性能提出了挑战。因此，制备兼具阻氢和耐蚀性能的新型涂层，实现氢能源的安全高效利用，具有重要意义。
4.为此，我们提出一种纳米sio2复合涂层的制备方法以此解决上述技术问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种纳米sio2复合涂层的制备方法，解决了现有技术中管线钢在酸性环境下使用时，由于酸性介质中的氢原子进入到材料后引发的氢脆及腐蚀失效，进而导致材料性能受损的技术问题。
6.本发明采用的技术方案如下：一种纳米sio2复合涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤s1：对纳米sio2进行预处理，得到预处理纳米sio2；步骤s2：按浓度计量，固定体积电镀液中各组分浓度分别为16-24g/l的niso4•
7h2o、16-24g/l的znso4、28-36g/l的cuso4、28-36g/l的nah2po2•
h2o以及8-12g/l的na3c6h5o7•
2h2o，并调节ph值为2.5-4.5，得到基础电镀液；步骤s3：将预处理纳米sio2与基础电镀液混合，得到纳米sio2复合涂层电镀液；步骤s4：采用碳钢作为基底试样，将碳钢表面打磨至2000目，机械抛光至镜面，冲洗并进行化学出油后经酸液活化，得到预处理碳钢；步骤s5：将所述纳米sio2复合涂层电镀液电镀预处理碳钢，得到纳米sio2复合涂层。
7.进一步地，所述步骤s1中预处理的步骤为：称取2-6g/l的纳米sio2颗粒在超声环
境下去离子水中分散20-30min，随后加入2-3.5mg/l十六烷基三甲基溴化铵继续分散20-30min，得到预处理纳米sio2。
8.进一步地，所述步骤s2中调节ph值采用稀盐酸调节。
9.进一步地，所述步骤s4中所述酸液为盐酸溶液。
10.进一步地，所述步骤s5中电镀时镀液温度30-50℃，施镀时间5-10min，阴极电流密度2-4a/dm2。
11.进一步地，所述步骤s5中电镀时采用铜锌合金板作为阳极。
12.进一步地，所述步骤s5电镀时采用赫尔槽装置施镀，并通过磁性转子搅拌。
13.本发明的有益效果是：本技术提供的纳米sio2复合涂层，其具有cu、ni和zn元素的加入，其中，复合涂层中的cu和ni本身具有较好的阻氢功能，其在与纳米sio2形成复合包裹型防护涂层时，可提供更大的表面积进一步促进对氢运动的阻碍作用；另外，cu和ni的加入使得该纳米sio2复合涂层具有较好的耐蚀性，而在发生涂层膜破损时，zn作为活泼金属还可起到牺牲阳极的作用进一步保护基体材料，进而使其具有优异的耐蚀阻氢性能。该耐蚀管线钢通过纳米sio2复合涂层实现对氢原子从金属材料表面进入到内部的过程产生良好的阻碍作用，并使得管线钢材料在临氢腐蚀环境中同时具备良好的耐腐蚀性能，从而降低材料氢脆和腐蚀失效风险。
附图说明
14.图1为本发明一种纳米sio2复合涂层的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
15.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.见图1一种纳米sio2复合涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤s1：对纳米sio2进行预处理，得到预处理纳米sio2；所述步骤s1中预处理的步骤为：称取2-6g/l的纳米sio2颗粒在超声环境下去离子水中分散20-30min，随后加入2-3.5mg/l十六烷基三甲基溴化铵继续分散20-30min，得到预处理纳米sio2。
17.步骤s2：按浓度计量，固定体积电镀液中各组分浓度分别为16-24g/l的niso4•
7h2o、16-24g/l的znso4、28-36g/l的cuso4、28-36g/l的nah2po2•
h2o以及8-12g/l的na3c6h5o7•
2h2o，并调节ph值为2.5-4.5，得到基础电镀液；所述步骤s2中调节ph值采用稀盐酸调节。
18.步骤s3：将预处理纳米sio2与基础电镀液混合，得到纳米sio2复合涂层电镀液；步骤s4：采用碳钢作为基底试样，将碳钢表面打磨至2000目，机械抛光至镜面，冲洗并进行化学出油后经酸液活化，得到预处理碳钢；所述步骤s4中所述酸液为盐酸溶液。
19.步骤s5：将所述纳米sio2复合涂层电镀液电镀预处理碳钢，得到纳米sio2复合涂
层；所述步骤s5中电镀时镀液温度30-50℃，施镀时间5-10min，阴极电流密度2-4a/dm2；电镀时采用铜锌合金板作为阳极；电镀时采用赫尔槽装置施镀，并通过磁性转子搅拌。
20.实施例1步骤s1：称取2g/l的纳米sio2颗粒在超声环境下去离子水中分散20min，随后加入2mg/l十六烷基三甲基溴化铵继续分散20min，得到预处理纳米sio2；步骤s2：按照总体积为1l的量，将预处理纳米sio2与基础电镀液混合，所述基础电镀液按浓度计量，由以下组分组成：16g/l的niso4•
7h2o、16g/l的znso4、28g/l的cuso4、28g/l的nah2po2•
h2o以及8g/l的na3c6h5o7•
2h2o，采用稀盐酸调节ph值为2.5，得到纳米sio2复合涂层电镀液；步骤s3：采用x52管线钢作为基底试样，将x52管线钢表面打磨至2000目，机械抛光至镜面，冲洗并进行化学出油后经盐酸溶液活化，得到预处理x52管线钢；步骤s4：将所述纳米sio2复合涂层电镀液电镀预处理x52管线钢，采用铜锌合金板作为阳极，赫尔槽装置施镀，并通过磁性转子搅拌，镀液温度35℃，施镀时间6min，阴极电流密度3a/dm2，得到纳米sio2复合涂层，涂层厚度8μm。
21.实施例2步骤s1：称取4.3g/l的纳米sio2颗粒在超声环境下去离子水中分散25min，随后加入2.5mg/l十六烷基三甲基溴化铵继续分散25min，得到预处理纳米sio2；步骤s2：按照总体积为1l的量，将预处理纳米sio2与基础电镀液混合，所述基础电镀液按浓度计量，由以下组分组成：18g/l的niso4•
7h2o、24g/l的znso4、31g/l的cuso4、30g/l的nah2po2•
h2o以及9g/l的na3c6h5o7•
2h2o，采用稀盐酸调节ph值为3.0，得到纳米sio2复合涂层电镀液；步骤s3：采用x70管线钢作为基底试样，将x70管线钢表面打磨至2000目，机械抛光至镜面，冲洗并进行化学出油后经盐酸溶液活化，得到预处理x70管线钢；步骤s4：将所述纳米sio2复合涂层电镀液电镀预处理x70管线钢，采用铜锌合金板作为阳极，赫尔槽装置施镀，并通过磁性转子搅拌，镀液温度30℃，施镀时间9min，阴极电流密度2a/dm2，得到纳米sio2复合涂层，涂层厚度10μm。
22.实施例3步骤s1：称取5.5g/l的纳米sio2颗粒在超声环境下去离子水中分散25min，随后加入3.1mg/l十六烷基三甲基溴化铵继续分散25min，得到预处理纳米sio2；步骤s2：按照总体积为1l的量，将预处理纳米sio2与基础电镀液混合，所述基础电镀液按浓度计量，由以下组分组成：24g/l的niso4•
7h2o、21g/l的znso4、36g/l的cuso4、34g/l的nah2po2•
h2o以及12g/l的na3c6h5o7•
2h2o，采用稀盐酸调节ph值为3.5，得到纳米sio2复合涂层电镀液；步骤s3：采用x52管线钢作为基底试样，将x52管线钢表面打磨至2000目，机械抛光至镜面，冲洗并进行化学出油后经盐酸溶液活化，得到预处理x52管线钢；步骤s4：将所述纳米sio2复合涂层电镀液电镀预处理x52管线钢，采用铜锌合金板作为阳极，赫尔槽装置施镀，并通过磁性转子搅拌，镀液温度50℃，施镀时间5min，阴极电流密度3a/dm2，得到纳米sio2复合涂层，涂层厚度14μm。
23.实施例4步骤s1：称取6g/l的纳米sio2颗粒在超声环境下去离子水中分散30min，随后加入3.5mg/l十六烷基三甲基溴化铵继续分散30min，得到预处理纳米sio2；步骤s2：按照总体积为1l的量，将预处理纳米sio2与基础电镀液混合，所述基础电镀液按浓度计量，由以下组分组成：22g/l的niso4•
7h2o、19g/l的znso4、34g/l的cuso4、36g/l的nah2po2•
h2o以及11g/l的na3c6h5o7•
2h2o，采用稀盐酸调节ph值为4.5，得到纳米sio2复合涂层电镀液；步骤s3：采用x80管线钢作为基底试样，将x80管线钢表面打磨至2000目，机械抛光至镜面，冲洗并进行化学出油后经盐酸溶液活化，得到预处理x80管线钢；步骤s4：将所述纳米sio2复合涂层电镀液电镀预处理x80管线钢，采用铜锌合金板作为阳极，赫尔槽装置施镀，并通过磁性转子搅拌，镀液温度40℃，施镀时间10min，阴极电流密度4a/dm2，得到纳米sio2复合涂层，涂层厚度18μm。
24.通过对实施例1-实施例4，以及无纳米sio2复合涂层对应的x52、x70和x80级别管线钢作为对照形成对照组1-对照组4，测得其在酸性环境的氢扩散和模拟海水环境中表面自腐蚀电位的数据如下表1所示：表1酸性环境的氢扩散和模拟海水环境中表面自腐蚀电位的数据根据表中数据可知，该耐蚀管线钢通过纳米sio2复合涂层实现对氢原子从金属材料表面进入到内部的过程产生良好的阻碍作用，并使得管线钢材料在临氢腐蚀环境中同时具备良好的耐腐蚀性能，有效降低材料氢脆和腐蚀失效风险。
25.可以理解的是，本技术中提及的纳米sio2复合涂层还可用于其他级别强度的管线钢表面电镀工艺中，本技术实施例旨在证明该纳米sio2复合涂层对于管线钢具有良好的阻氢性能和耐蚀性提升效果，并不对其基材的选用加以限制。
26.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：对纳米sio2进行预处理，得到预处理纳米sio2；步骤s2：按浓度计量，固定体积电镀液中各组分浓度分别为16-24g/l的niso4•
7h2o、16-24g/l的znso4、28-36g/l的cuso4、28-36g/l的nah2po2•
h2o以及8-12g/l的na3c6h5o7•
2h2o，并调节ph值为2.5-4.5，得到基础电镀液；步骤s3：将预处理纳米sio2与基础电镀液混合，得到纳米sio2复合涂层电镀液；步骤s4：采用碳钢作为基底试样，将碳钢表面打磨并机械抛光至镜面，冲洗并进行化学出油后经酸液活化，得到预处理碳钢；步骤s5：将所述纳米sio2复合涂层电镀液电镀于预处理碳钢表面，得到纳米sio2复合涂层。2.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中预处理的步骤为：称取2-6g/l的纳米sio2颗粒在超声环境下去离子水中分散20-30min，随后加入2-3.5mg/l十六烷基三甲基溴化铵继续分散20-30min，得到预处理纳米sio2。3.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中调节ph值采用稀盐酸调节。4.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中所述酸液为盐酸溶液。5.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中将碳钢表面打磨至2000目。6.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中电镀时镀液温度30-50℃，施镀时间5-10min，阴极电流密度2-4a/dm2。7.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，还包括对电镀有纳米sio2复合涂层的试样进行冲洗。8.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中电镀时采用铜锌合金板作为阳极。9.如权利要求1所述的一种纳米sio2复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s5电镀时采用赫尔槽装置施镀，并通过磁性转子搅拌。

技术总结

本发明公开了一种纳米SiO2复合涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：预处理纳米SiO2；步骤S2：按浓度计量，固定体积电镀液中各组分浓度分别为16-24g/L的NiSO4•

技术研发人员：

朱国平 王立旺 彭志贤 王琪 李新明 彭晶晶 方利华

受保护的技术使用者：

浙江锦诚新材料股份有限公司

技术研发日：

2022.08.29

技术公布日：

2022/10/25