鎳磷化學鍍技術(shù)在換熱器管束防腐中的應(yīng)用

摘要:鎳磷化學鍍是一種先進的表面防護技術(shù),其鍍層具有良好的耐蝕、耐磨性能。長期使用證明,采用鎳磷化學鍍的換熱器管束在環(huán)烷酸、水等腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用是成功的。分析了鎳磷化學鍍設(shè)備腐蝕原因,并提出了改進措施。
　　關(guān)鍵詞:換熱器;鎳磷化學鍍;管束;防腐;應(yīng)用
　　中圖分類號:ＴＱ051 509　　　　文獻標識碼:Ｂ
　　鎳磷化學鍍技術(shù)是近年發(fā)展起來的先進的金屬表面防護技術(shù),是利用化學鍍工藝在金屬或非金屬表面形成一層均勻的非晶化鎳磷金屬鍍層,將基體材料與腐蝕介質(zhì)隔離開,利用鎳磷金屬鍍層良好的耐蝕性能可達到防腐的效果。
　　1　化學鍍技術(shù)簡介
　　化學鍍是通過溶液中適當?shù)倪€原劑使金屬離子在金屬表面的自催化作用下還原而進行的金屬沉積過程,也叫無電解鍍或者自催化鍍。化學鍍的實質(zhì)是化學氧化 還原反應(yīng),有電子轉(zhuǎn)移,無外電源的化學沉積過程。鎳磷化學鍍是最具代表性的化學鍍技術(shù)之一。
　　2　鎳磷化學鍍鍍層性能
　　2.1　耐蝕性能
　　鎳磷化學鍍鍍層由胞狀組織構(gòu)成,非晶態(tài)鎳磷合金是均一的單相體系,不存在晶界、位錯等組織缺陷以及化學成分偏析,亦不會產(chǎn)生晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕,耐點蝕性能遠比晶態(tài)合金好。
　　鎳磷化學鍍鍍層的耐蝕性與鍍層磷含量有關(guān),也與鍍層孔隙率有關(guān)。鍍層按磷含量分為低磷鍍液、中磷鍍液和高磷鍍液。低磷鍍液磷質(zhì)量分數(shù)為0.5%～5%,采用此類溶液獲得的鍍層是晶態(tài)結(jié)構(gòu),具有硬度高、耐磨、耐堿腐蝕特點。中磷鍍液磷質(zhì)量分數(shù)為6%～9%,采用此類溶液獲得的鍍層為晶態(tài)和非晶態(tài)共同體,鍍層既耐腐蝕又耐磨,在工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。高磷鍍液磷質(zhì)量分數(shù)為9%～12%,采用此類溶液獲得的鍍層為非晶態(tài),呈非磁性,主要用于計算機硬盤的底鍍層以及電子儀器防電磁波干擾的屏蔽層,在酸性介質(zhì)中耐腐蝕性好。
    非晶態(tài)鎳磷合金鍍層是用浸漬方法,在鍍件表面發(fā)生自催化反應(yīng)形成的,不用外加電流,不受電力線遮蔽的影響,避免了電鍍所固有的邊角效應(yīng)。因此,在任何形狀復(fù)雜的鍍件上,凡是浸得到的地方都可以得到厚度一致的均勻鍍層,鍍層孔隙率較低,故耐蝕性很好。
    2.2　耐磨性能
    耐磨性是材料在一定摩擦條件下表現(xiàn)出的抗磨損能力,耐磨性與硬度有直接關(guān)系。一般來說材料硬度越高越耐磨,鎳磷化學鍍鍍層硬度很高,可達50ＨＲＣ～55ＨＲＣ。如果經(jīng)300～400℃熱處理后,鎳磷化學鍍鍍層硬度可提高到65ＨＲＣ～70ＨＲＣ,故有較好的耐磨性。
    3　鍍層耐腐蝕性能測定
    (1)環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境　鎳磷化學鍍鍍層在溫度低于180℃的環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境中具有良好的耐蝕性能;在180～300℃的環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境中,隨著溫度升高耐蝕性能降低;在300℃以上環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境中,鎳磷金屬鍍層開始晶化,出現(xiàn)晶間腐蝕,抗蝕性能急劇下降。
    (2)硫、硫 氫氣腐蝕環(huán)境　鎳磷化學鍍鍍層在硫、硫 氫氣腐蝕環(huán)境中具有良好的耐蝕性能,且其受溫度變化的影響比較小。如果對鎳磷金屬鍍層在400～600℃下進行約為1ｈ的熱處理,就可以提高鎳磷金屬鍍層在高溫硫、硫 氫氣腐蝕環(huán)境中的耐蝕性能?！　?BR>    (3)氨 硫化氫 水腐蝕環(huán)境　鎳磷化學鍍鍍層在氨 硫化氫 水腐蝕環(huán)境中耐蝕性能較好。
    (4)水腐蝕環(huán)境　鎳磷化學鍍鍍層在水腐蝕環(huán)境中不受水中氯離子含量的影響,具有良好的耐蝕性能。
    4　鎳磷化學鍍技術(shù)應(yīng)用
     從2000年12月起,我公司先后在南蒸餾裝置的13臺換熱器上采用鎳磷化學鍍防腐管束,使用情況見表1。由表1可見,應(yīng)用在低溫水腐蝕環(huán)境中的5臺冷卻器管束連續(xù)使用55個月鍍層完好。應(yīng)用在低溫環(huán)烷酸環(huán)境中的4臺換熱器管束分別連續(xù)使用30個月和23個月鍍層完好。應(yīng)用在高溫環(huán)烷酸環(huán)境中的4臺換熱器管束在使用23個月和17個月后,分別在管板局部和管頭局部出現(xiàn)腐蝕,管體鍍層完好。
    5　腐蝕原因及改進措施
    鎳磷化學鍍設(shè)備容易發(fā)生腐蝕的部位主要集中在換熱管管頭或者管板等機加工部位、焊道部位以及管束表面的凹陷部位等,這些部位由于存在邊角或者尖銳突起,造成局部鍍層孔隙率較大,因鎳磷化學鍍鍍層的電位高于管體的電位,故在有孔隙的部位會產(chǎn)生電化學腐蝕。另外,作業(yè)施工中夾持部位鍍層的破損及表面硬傷也是造成鍍層腐蝕破壞的主要原因。
             
　　改進措施:①提高設(shè)備材料表面粗糙度,降低鍍層孔隙率。②將換熱管管頭或管板機加工部位打磨成圓滑過渡。③換熱管與管板強度焊采用ａ、ｂ型接頭,焊道應(yīng)連續(xù)均勻,避免邊角效應(yīng)。④鍍層厚度由30μｍ提高至50μｍ,個別部位采用刷鍍以提高局部鍍層厚度,降低鍍層孔隙率。
    6　結(jié)語
    鎳磷化學鍍防腐管束能很好地解決水腐蝕環(huán)境和低溫環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境中的設(shè)備腐蝕問題,經(jīng)濟效益顯著。其在高溫環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境及其他腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用還有待進一步驗證。(