專利名稱：沼氣罐表面厚度可調節γ晶型鋅-鎳合金制備方法
技術領域：
本發明屬于對沼氣罐體表面進行合金涂層制備方法領域，用于防止厭氧硫細菌對沼氣罐體的金屬產生腐蝕，更具體地說，涉及一種沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法。
背景技術：
厭氧硫細菌，容易對金屬產生點蝕，特別是沼氣池中，厭氧硫細菌的含量特別豐富，這對沼氣罐體造成很大的腐蝕，通常防止腐蝕的方法是，在沼氣罐體表面涂布一層高分子物質，但是由于有機物質與金屬材料結合力不強，這種方法處理后的沼氣罐體，長期侵潤在含有硫細菌的沼氣液體中，有機高分子涂布層會發生老化，從而從金屬表面脫落，防腐效果差；而采用鋅鎳合金具有很好的耐腐蝕能力，鎳無毒無害，合金與金屬結合緊密，不容易脫落。目前國內現有鋅鎳合金制備技術和專利報道中，存在合金晶型不單一的缺陷，在合金層內形成原電池，加快了合金的腐蝕速度，同時，現有工藝制備的合金層厚度比較薄，一般5-10微米，所加工的合金層在沼氣發酵液中的腐蝕速度較快，合金層的使用壽命一般不超過3年。如中國專利號200710017287. 9，
公開日2010年12月08日，公開了一種新型耐腐
沼氣罐及其制造方法的專利，該發明是一種先進的沼氣罐體結構及制造方法，其特點是，罐體表面向內或向外呈凹凸多拱型雙曲線的結構，其制備步驟為(1)模具制備制成模具表面向內或向外呈凹凸多拱形雙曲線加強筋的模具；(2)罐體成型，將樹脂或氯鎂漿料用壓縮空氣通過漿料噴槍進行漿料的噴涂覆，并且粘一層玻纖布噴一層漿料，制成與模具表面形狀類似的多拱形雙曲線半圓球或多瓣分體型拼件，成型后再拼接為罐體。該專利就是利用樹脂或氯鎂漿料進行防腐，使用一段時間后防腐層會老化，從金屬表面脫落，防腐效果比較差。
發明內容
要解決的問題
針對現有對沼氣罐體表面進行防腐處理時，涂布一層高分子物質時容易從金屬表面脫落，防腐效果差，而采用表面鍍鋅鎳合金制備時，存在合金晶型不單一的缺陷，在合金層內形成原電池，合金容易腐蝕，同時，現有工藝制備的合金層厚度比較薄，該合金層在沼氣發酵液中的腐蝕速度快，合金層的使用壽命短的技術不足，本發明提供一種沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法，通過采用合成的極化劑、合理的電解液、控制電鍍液中的鎳、鋅離子濃度和電流大小，制備得到晶型為Y的單一合金，耐腐蝕能力強，在沼氣罐發酵液中腐蝕速度為每年I微米，而且合金層的厚度可以人為控制，10-300微米之間可以任意調節，并且合金的形成速度快。技術方案
本發明是通過以下技術方案實現的、一種沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法，其步驟為
(1)金屬前處理，對沼氣罐體進行包括除油、除銹、活化3個階段的前處理；
(2)配制電解質溶液電解質溶液中，氫氧化鈉為80-100g/L;氧化鋅為8-10g/L ;鎳離子為2-3g/L ;光亮劑為0. 1-0. 3g/L ;整平劑為0. 2-0. 3g/L ;極化劑為0. 8-1. 8g/L ；
(3)對經過步驟(I)金屬前處理的沼氣罐體進行電鍍，電鍍時使用步驟(2)所配的電解質溶液，活化后的沼氣罐體作為陰極，鎳板作為陽極；電鍍過程首先保持恒定的電流密度，電流密度為0. 8-1. 5A/dm2，電鍍時間為8-10min，然后將電流密度改為I. 5_3A/dm2，電鍍時間為25-80min ;小電流電鍍時為預電鍍，在基體表面形成合金層速度較慢，電流調大時在合金層上繼續生長合金，速度較快； (4)鈍化，將步驟(3)電鍍后的沼氣罐體進行無鉻鈍化；無鉻鈍化采用普通的鈍化工藝，為了增強防腐效果；
(5)干燥，將無鉻鈍化后的沼氣罐體在40-70°C下干燥20-60min。進一步地，所述步驟(I)中，除油采用每升含有50-80克氫氧化鈉、30-60克碳酸鈉、16-22克Na3P04、2. 5-9克Na2SiO3和I. 5-2. 5克乳化劑的混合溶液，在60-70°C，浸潤20-40min ;除銹是將除油后的沼氣罐體放入含有濃度為0. 8-1. 5 g/L六次甲基亞胺類緩蝕劑的10-18%的鹽酸溶液中，進行酸洗，除去表面的金屬氧化物；然后將金屬放入超聲波清洗器中進行清洗4-8min。進一步地，所述步驟(2)中極化劑的制備方法為在一個燒瓶中，放入二乙胺或二甲胺，在恒溫水槽的冷卻下，通過恒壓漏斗，逐步向燒瓶中滴加與二乙胺或二甲胺相等物質的量的環氧化合物環氧氯丁烷或環氧氯丙烷，滴加結束后，溫度控制在80-90°C，保溫反應20-40min,制備得到極化劑。進一步地，所述步驟(2)中的光亮劑為芳香族醛光亮劑。有益效果
相比于現有技術，本發明的有益效果為
(1)本發明可以通過采用合成的極化劑、合理的電解液、控制電鍍液中的鎳、鋅離子濃度和電流大小，制備得到晶型為Y的單一合金，耐腐蝕能力強；
(2)本發明根據需要，通過控制電流密度和時間，可以制備10-300微米范圍內的鋅鎳合金，而且電鍍過程分為兩部分，剛開始電流比較小，可以使鍍層與沼氣罐體接觸緊密，不易脫落，后期電流變大，增加了電鍍的速率，節約電鍍時間；
(3)本發明的制備過程無廢水、廢氣產生，成本較低；
(4)本發明加工的沼氣罐體在沼氣液體中，合金腐蝕電流密度為0.1-0. 2 ii A/cm2，普通金屬的腐蝕電流密度為2-3 u A/cm2,緩蝕率超過90%，耐腐蝕性較好。
圖I為實施例I中所得到的鍍層的XRD圖譜。
具體實施例方式以下通過實施例對本發明作進一步說明。實施例I一種沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法，其步驟為
(I)對6mm厚度鋼板制成的沼氣罐體進行包括除油、除銹、活化3個階段的前處理；除油采用每升含有70克氫氧化鈉、40克碳酸鈉、20克Na3P04、8克Na2SiO3和2克乳化劑的混合溶液，乳化劑為聚乙二醇，在60°C的溫度，浸潤30min ;除銹是將除油后的沼氣罐體放入15%的鹽酸溶液中進行酸洗，其中鹽酸溶液中每升含有Ig的六次甲基亞胺類緩蝕劑，除去表面的金屬氧化物；然后將金屬放入超聲波清洗器中進行清洗5min，再對沼氣罐體進行金屬活化處理，市場上銷售的各種適合鋼板的活化劑均可，本實施例選擇2%的鹽酸作為活化劑。(2)配制電解質溶液；首先制備極化劑，極化劑的制備方法為在一個500mL燒瓶中，放入二乙胺2mol，在恒溫水槽的冷卻下，通過恒壓漏斗，逐步向燒瓶中滴加2mol的環氧氯丙烷，滴加結束后，溫度控制在80-90°C，保溫反應30min，制備得到極化劑；然后配制電解質溶液，每升電解質溶液中，含有氫氧化鈉為90g、氧化鋅為9g、鎳離子為3g、光亮劑(廣州美迪斯新材料有限公司生產的MlOO高級白亮滾鍍鎳光亮劑)為0. lg、整平劑(廣州市鴻鑫電鍍化學品有限公司生產的鍍鎳整平劑)0. 3g和配制好的極化劑lg。本發明使用的光亮 劑和整平劑均為市場上銷售的產品，對整平劑無特殊要求，光亮劑要求是芳香族醛類的光亮劑。(3)對經過步驟(I)金屬前處理的沼氣罐體進行電鍍，電鍍時使用步驟(2)所配的電解質溶液，活化后的沼氣罐體作為陰極，鎳板作為陽極；電鍍過程首先保持恒定的電流密度，電流密度為lA/dm2，電鍍時間為lOmin，這段時間為預電鍍，在合金層上開始生長合金，在基體表面形成合金層速度較慢，但是接觸緊密，電流密度較小，然后將電流密度改為2A/dm2，在合金層上繼續生長合金，速度較快，電鍍時間為25min，得到平均厚度為60微米的鋅鎳合金層，鎳含量14%。(4)鈍化，將步驟(3)電鍍后的沼氣罐體進行無鉻鈍化；
(5)干燥，將無鉻鈍化后的沼氣罐體在70°C下干燥30min。經過以上步驟得到的沼氣罐體上的合金表面光潔度高、平整度好，電鍍后的沼氣罐體使用壽命達到60年。對沼氣罐體表面上的合金鍍層的X射線衍射圖譜中分析如圖I所示，特征布拉格角為43°，鏡面為330，這是典型的Y晶型，同時在布拉格角為63°和78°出現布拉格角度，這些證明了制備得到鍍層的晶型為Y晶型。實施例2
同實施例1，所不同的是沼氣罐體是由8_厚度鋼板制成，步驟(I)中，除油采用每升含有80克氫氧化鈉、60克碳酸鈉、16克Na3P04、9克Na2SiO3和I. 5克乳化劑的混合溶液，在65°C，浸潤20min ;除銹是將除油后的沼氣罐體放入18%的鹽酸溶液中進行酸洗，其中鹽酸溶液中每升含有0. Sg的六次甲基亞胺類緩蝕劑，沼氣罐體在超聲波清洗器中進行清洗的時間為8min ;步驟(2)中極化劑的制備方法中在一個500mL燒瓶，放入二甲胺2mol，在恒溫水槽的冷卻下，通過恒壓漏斗，逐步向燒瓶中滴加2mol的環氧氯丁烷，滴加結束后，溫度控制在80-90°C，保溫反應20min ;配制電解質溶液時，每升電解質溶液中，含有氫氧化鈉為100g、氧化鋅為10g、鎳離子為2g、光亮劑(北京美堅默克化工有限公司生的鍍鎳光亮劑)為0. 3g、整平劑(武漢遠城科技發展有限公司生產的HNi-B鍍鎳整平劑)0. 2g和配制好的極化劑I. 8g，電鍍時，開始電流密度為I. 5A/dm2，電鍍時間為8min，然后將電流密度改為3A/dm2，電鍍時間為SOmin ;步驟(5)中的干燥，是將無鉻鈍化后的沼氣罐體在70°C下干燥30min。得到平均厚度為300微米的鋅鎳合金層，其中鎳含量13%。實施例3
同實施例1，所不同的是沼氣罐體是由3_厚度鋼板制成，步驟(I)中，除油采用每升含有50克氫氧化鈉、30克碳酸鈉、22克Na3P04、2. 5克Na2SiO3和2. 5克乳化劑的混合溶液，在60°C，浸潤40min ;除銹是將除油后的沼氣罐體放入10%的鹽酸溶液中進行酸洗，其中鹽酸溶液中每升含有0. 9g的六次甲基亞胺類緩蝕劑，沼氣罐體在超聲波清洗器中進行清洗的時間為4min ;步驟(2)中極化劑的制備方法中在一個500mL燒瓶中，放入二乙胺2mol，在恒溫水槽的冷卻下，通過恒壓漏斗，逐步向燒瓶中滴加2mol的環氧氯丙烷，滴加結束后，溫度控制在80-90°C，保溫反應40min ;配制電解質溶液時，每升電解質溶液中，含有氫氧化鈉為80g、氧化鋅為8g、鎳離子為2. 3g、芳香族醛光亮劑(象佑化工有限公司的XY-200)為0. 2g、整平劑(江蘇夢得電鍍化學品有限公司生產的不飽和烷基吡啶內鹽(MASS)整平劑)
0.25g和配制好的極化劑0. 8g，電鍍時，開始電流密度為0. 8A/dm2，電鍍時間為lOmin，然后將電流密度改為I. 5A/dm2，電鍍時間為25min ;步驟(5)中的干燥，是將無鉻鈍化后的沼氣罐體在40°C下干燥20min。得到平均厚度為10微米的鋅鎳合金層，其中鎳含量14%。·實施例4
同實施例1，所不同的是沼氣罐體是由5_厚度鋼板制成，步驟(I)中，除油采用每升含有60克氫氧化鈉、40克碳酸鈉、20克Na3P04、6克Na2SiO3和I. 5克乳化劑的混合溶液，在70°C，浸潤20min ;除銹是將除油后的沼氣罐體放入15%的鹽酸溶液中進行酸洗，其中鹽酸溶液中每升含有0. Sg的六次甲基亞胺類緩蝕劑，沼氣罐體在超聲波清洗器中進行清洗的時間為6min ;步驟(2)中極化劑的制備方法中在一個500mL燒瓶中，放入二乙胺2mol，在恒溫水槽的冷卻下，通過恒壓漏斗，逐步向燒瓶中滴加2mol的環氧氯丁烷，滴加結束后，溫度控制在80-90°C，保溫反應30min ;配制電解質溶液時，每升電解質溶液中，含有氫氧化鈉為90g、氧化鋅為8. 5g、鎳離子為3g、芳香族醛光亮劑為0. 25g、整平劑0. 2g和配制好的極化劑I. 2g,電鍍時，開始電流密度為I. I A/dm2,電鍍時間為8min，然后將電流密度改為2A/dm2，電鍍時間為40min ;步驟(5)中的干燥，是將無鉻鈍化后的沼氣罐體在60°C下干燥30min。得到平均厚度為100微米的鋅鎳合金層，其中鎳含量14%。實施例5
同實施例1，所不同的是沼氣罐體是由7_厚度鋼板制成，步驟(I)中，除油采用每升含有50克氫氧化鈉、40克碳酸鈉、19克Na3P04、4克Na2SiO3和2. 5克乳化劑的混合溶液，在70°C，浸潤40min ;除銹是將除油后的沼氣罐體放入13%的鹽酸溶液中進行酸洗，其中鹽酸溶液中每升含有I. 5g的六次甲基亞胺類緩蝕劑，沼氣罐體在超聲波清洗器中進行清洗的時間為5min ;步驟(2)中極化劑的制備方法中在一個500mL燒瓶中，放入二甲胺2mol，在恒溫水槽的冷卻下，通過恒壓漏斗，逐步向燒瓶中滴加2mol的環氧氯丁烷，滴加結束后，溫度控制在80-90°C，保溫反應40min;配制電解質溶液時，每升電解質溶液中，含有氫氧化鈉為85g、氧化鋅為9g、鎳離子為2. 5g、芳香族醛光亮劑為0. lg、整平劑0. 3g和配制好的極化劑I. 4g，電鍍時，開始電流密度為I. 3A/dm2，電鍍時間為8min，然后將電流密度改為
1.5A/dm2，電鍍時間為40min ;步驟(5)中的干燥，是將無鉻鈍化后的沼氣罐體在40°C下干燥60min。得到平均厚度為80微米的鋅鎳合金層，其中鎳含量14%。
權利要求
1.一種沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法，其步驟為 (1)金屬前處理，對沼氣罐體進行包括除油、除銹、活化3個階段的前處理； (2)配制電解質溶液電解質溶液中，氫氧化鈉為80-100g/L;氧化鋅為8-10g/L ;鎳離子為2-3g/L ;光亮劑為0. 1-0. 3g/L ;整平劑為0. 2-0. 3g/L ;極化劑為0. 8-1. 8g/L ； (3)對經過步驟(I)金屬前處理的沼氣罐體進行電鍍，電鍍時使用步驟(2)所配的電解質溶液，活化后的沼氣罐體作為陰極，鎳板作為陽極；電鍍過程首先保持恒定的電流密度，電流密度為0. 8-1. 5A/dm2，電鍍時間為8-10min，然后將電流密度改為I. 5_3A/dm2，電鍍時間為 25-80min ； (4)鈍化，將步驟(3)電鍍后的沼氣罐體進行無鉻鈍化； (5)干燥，將無鉻鈍化后的沼氣罐體在40-70°C下干燥20-60min。
2.根據權利要求I所述的沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，除油采用每升含有50-80克氫氧化鈉、30-60克碳酸鈉、16-22克Na3P04、2. 5-9克Na2SiO3和I. 5-2. 5克乳化劑的混合溶液，在60-70°C，浸潤20_40min ;除銹是將除油后的沼氣罐體放入含有濃度為0. 8-1. 5 g/L六次甲基亞胺類緩蝕劑的10-18%的鹽酸溶液中，進行酸洗，除去表面的金屬氧化物；然后將金屬放入超聲波清洗器中進行清洗4-8min。
3.根據權利要求I或2所述的沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中極化劑的制備方法為在一個燒瓶中，放入二乙胺或二甲胺，在恒溫水槽的冷卻下，通過恒壓漏斗，逐步向燒瓶中滴加與二乙胺或二甲胺相等物質的量的環氧化合物環氧氯丁烷或環氧氯丙烷，滴加結束后，溫度控制在80-90°C，保溫反應20-40min,制備得到極化劑。
4.根據權利要求I或2所述的沼氣罐表面厚度可調節Y晶型鋅-鎳合金制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的光亮劑為芳香族醛光亮劑。
全文摘要
本發明公開了沼氣罐表面厚度可調節γ晶型鋅-鎳合金制備方法，屬于對沼氣罐體表面進行合金涂層制備方法領域。它包括(1)金屬前處理；(2)配制電解質溶液；(3)對經過步驟(1)金屬前處理的沼氣罐體進行電鍍；(4)鈍化；(5)干燥等步驟。本發明能制備得到晶型為γ的單一合金，耐腐蝕能力強，在沼氣罐發酵液中腐蝕速度為每年1微米，而且合金層的厚度可以控制，10-300微米之間可以任意調節，具有合金形成速度快、防腐效果好等優點。
文檔編號C25D3/56GK102677109SQ201210176270
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者崔俊, 張方, 施凱順, 李紅藝, 鄭凱, 韓玉華 申請人:南京工程學院