采用化學鍍在N80鋼上制備Ni-W-Mo-P四元合金鍍層，通過單因素試驗研究了鍍前鋼板活化時間（3，5，8 min）和鍍液中鉬酸鈉質(zhì)量濃度（0.2，0.4，0.5，0.7 g·L−1）對鍍層形貌和硬度的影響，通過正交試驗研究了鍍液中六水硫酸鎳質(zhì)量濃度（25，30，35 g·L−1）、鎢酸鈉質(zhì)量濃度（15，20，25 g·L−1）、次亞磷酸鈉質(zhì)量濃度（30，35，40 g·L−1）和鍍液溫度（70，80，90 ℃）對鍍層中磷含量的影響，確定了最佳工藝參數(shù)組合，研究了最佳工藝下制備鍍層的形貌和性能。
結(jié)果表明：隨著活化時間縮短，鍍層胞狀組織排列變緊密，鍍層變厚，表面變平整；隨著鉬酸鈉含量增加，胞狀組織尺寸先減小后增大，排列先變緊密后疏松，鍍層硬度增大。對鍍層中磷含量的影響程度由大到小排序依次為次亞磷酸鈉含量、六水硫酸鎳含量、鎢酸鈉含量、鍍液溫度；磷含量隨次亞磷酸鈉、六水硫酸鎳含量增加而增大，隨鎢酸鈉含量增加或鍍液溫度降低先增大后減小。
最佳工藝為活化時間3 min、鍍液溫度90 ℃、鍍液組成為35 g·L−1六水硫酸鎳+20 g·L−1鎢酸鈉+40 g·L−1次亞磷酸鈉+0.5 g·L−1鉬酸鈉+30 g·L−1檸檬酸鈉+20 g·L−1氯化銨。最佳工藝下制備的鍍層由細小且排列緊密的胞狀組織組成，鍍層表面平整，結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合界面處無坑狀缺陷和縫隙，硬度高（547.8 HV），耐腐蝕性好（腐蝕速率0.377 mm·a−1）。
論文標題：
Ni-W-Mo-P四元合金鍍層的制備工藝優(yōu)化
01研究背景
N80鋼因其高強度、良好的韌性和經(jīng)濟性等優(yōu)點，成為石油管的常用材料。在服役過程中，石油管長期承受CO2、O2等腐蝕介質(zhì)作用，常通過在表面制備防護層來隔絕腐蝕介質(zhì)，從而提高耐腐蝕性能，延長使用壽命?；瘜W鍍是表面防護層制備工藝之一，制備的Ni-P二元合金鍍層具有較高的硬度、良好的均勻性與耐蝕性，是石油管表面常用的防護層。但該鍍層不可避免地存在針孔、微裂紋等缺陷，這些缺陷會成為介質(zhì)侵入通道，從而降低鍍層對基體的防護作用。
唐澤瑋等采用化學鍍制備了Ni-W-P三元合金鍍層，發(fā)現(xiàn)鍍層呈現(xiàn)典型的非晶態(tài)，在CO2腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。JIANG等在碳鋼表面制備了Ni-Mo-P三元合金鍍層，發(fā)現(xiàn)鍍層的耐腐蝕性能隨鉬含量增加而提升。研究人員相繼開發(fā)了三元、四元合金鍍層。研究發(fā)現(xiàn)，引入鎢、鉬元素有效阻止了晶體相的形成，進一步提高了非晶形成能力與熱穩(wěn)定性，同時鍍層表面形成的鎢、鉬氧化物也阻止了氯離子的穿孔行為。
基于“多元微化”準則，作者在N80鋼上采用化學鍍制備了Ni-W-Mo-P四元合金鍍層，先通過單因素試驗研究了活化時間和鍍液中鉬酸鈉含量對鍍層形貌和硬度的影響，然后通過正交試驗研究了鍍液中主鹽含量和鍍液溫度對鍍層中磷含量的影響；最后確定了最佳工藝參數(shù)組合，研究了最佳工藝制備鍍層的形貌和性能。
02研究亮點
1 試樣制備與試驗方法
本章節(jié)重點介紹了Ni-W-Mo-P四元合金鍍層的制備與試驗方法。首先，以N80鋼為基板材料，經(jīng)過打磨、清洗和氫氟酸活化處理后進行化學鍍。其次，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化活化時間、主鹽濃度和施鍍溫度等工藝參數(shù)。最后，采用SEM、EDS、XRD等手段分析鍍層形貌、成分和物相，并通過顯微硬度測試和高溫高壓失重試驗評估鍍層的硬度及耐腐蝕性能。
2 試驗結(jié)果與討論
本章節(jié)重點研究了Ni-W-Mo-P四元合金鍍層制備工藝中活化時間和鉬酸鈉濃度對鍍層性能的影響，并通過正交試驗優(yōu)化了鍍液配方。結(jié)果表明，活化時間為3分鐘時，鍍層表面平整、胞狀組織排列緊密，最有利于鍍液沉積；鉬酸鈉濃度為0.5 g·L−1時，鍍層硬度最高、結(jié)構(gòu)致密。正交試驗確定最佳工藝參數(shù)為：六水硫酸鎳35 g·L−1、鎢酸鈉20 g·L−1、次亞磷酸鈉40 g·L−1、鍍液溫度90 ℃。最終優(yōu)化工藝制備的鍍層結(jié)構(gòu)均勻、硬度達547.8 HV，腐蝕速率顯著低于基體，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性能。
不同鉬酸鈉質(zhì)量濃度下Ni-W-Mo-P四元合金鍍層的表面形貌
最佳工藝下制備Ni-W-Mo-P四元合金鍍層的表面形貌、截面形貌、截面面掃描結(jié)果和XRD譜
03結(jié)束語
（1）隨著活化時間縮短，活化后鋼表面化學鍍制備的Ni-W-Mo-P四元合金鍍層中胞狀組織排列變緊密，鍍層變厚，表面變平整均勻；活化時間取3 min為佳。當鍍液中鉬酸鈉質(zhì)量濃度從0.2 g·L−1增至0.5 g·L−1時，鍍層中胞狀組織尺寸減小，排列趨向緊密，由0.5 g·L−1繼續(xù)增至0.7 g·L−1，胞狀組織尺寸增大，排列變疏松；隨著鉬酸鈉質(zhì)量濃度增加，鍍層硬度增大。鎳酸鈉質(zhì)量濃度取0.5 g·L−1為佳。
（2）對鍍層中磷含量的影響程度按由大到小排序依次為次亞磷酸鈉質(zhì)量濃度、六水硫酸鎳質(zhì)量濃度、鎢酸鈉質(zhì)量濃度、鍍液溫度，鍍層中磷含量隨次亞磷酸鈉、六水硫酸鎳含量增加而增加，隨鎢酸鈉含量增加或鍍液溫度降低先增大后減小。以磷含量最高為優(yōu)化指標，確定鍍液中六水硫酸鎳、次亞磷酸鈉、鎢酸鈉的質(zhì)量濃度分別為35，40，20 g·L−1為佳，鍍液溫度為90 ℃。
（3）最佳工藝為活化時間3 min、鍍液溫度90 ℃、鍍液成分為35 g·L−1六水硫酸鎳+20 g·L−1鎢酸鈉+40 g·L−1次亞磷酸鈉+0.5 g·L−1鉬酸鈉+30 g·L−1檸檬酸鈉+20 g·L−1氯化銨。最佳工藝下制備的鍍層由數(shù)量多、尺寸小且排列緊密的胞狀組織組成，鍍層表面平整，結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合界面處無坑狀缺陷和縫隙，硬度高（547.8 HV），耐腐蝕性強（腐蝕速率0.377 mm·a−1），腐蝕后表面平整呈蜂巢狀。
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