成本較低的水電解極板表面處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水電解極板表面處理方法，具體步驟包括：A．對(duì)碳鋼材質(zhì)的極板表面進(jìn)行清潔；B．將極板浸泡在溫度為55℃的酸腐蝕溶液中8min；所述預(yù)腐蝕溶液的成分為15wt%的硝酸，3wt%的乙二酸，其余為水；C．將極板浸泡在溫度為40℃的銅離子溶液中5min；D．將極板浸泡在溫度為40℃的堿腐蝕溶液中8min；E．將極板放入常溫的強(qiáng)酸溶液中進(jìn)行攪動(dòng)，去除極板表面的雜質(zhì)；F．將極板浸入35℃的處理液中12min，取出后用清水沖洗并烘干，極板表面形成耐腐蝕保護(hù)膜。
【專利說明】成本較低的水電解極板表面處理方法
[0001]本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的發(fā)明創(chuàng)造名稱:水電解極板表面處理方法，申請(qǐng)?zhí)?201210538399.X，申請(qǐng)日:2012-12_13。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種對(duì)碳鋼極板的表面進(jìn)行腐蝕處理并形成保護(hù)膜的工藝方法，屬于金屬表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0003]水電解是使水在直流電的作用下分解出氫氣或氧氣。整套水電解設(shè)備中電解槽是其最核心的裝置之一。工業(yè)上常用的水電解槽根據(jù)需要由數(shù)十個(gè)到上百個(gè)電解小室按規(guī)律疊壓構(gòu)成。每個(gè)電解小室由陽極板、氧催化電極、阻氣隔膜、絕緣密封墊片、氫催化電極、陰極板等組成。陽極板和陰極板通常采用碳鋼鋼板制成。
[0004]由于強(qiáng)酸性電解質(zhì)組成的電解液對(duì)金屬具有強(qiáng)烈的腐蝕性，所以電解槽的電解液一般采用濃度為25%至30%的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液。在電場(chǎng)的作用下，鉀離子或鈉離子向負(fù)極移動(dòng)，氫氧根離子向正極移動(dòng)，從而析出氫氣和氧氣。為了降低過電位，減少電能消耗，電解槽的工作溫度一般為85°C至90°C。這樣的堿濃度和溫度極易對(duì)碳鋼鋼板造成堿蝕，所以必須對(duì)陽極板和陰極板進(jìn)行防腐處理。由于純鎳的耐堿蝕性能十分優(yōu)異，目前，水電解行業(yè)通常采用鍍鎳的碳鋼鋼板作為水電解槽的陰陽極板。
[0005]根據(jù)研宄結(jié)果顯示，由于鍍鎳的碳鋼極板實(shí)際上并不可能被鍍鎳層完全地包覆，鍍鎳層上不可避免地會(huì)存有微孔。當(dāng)極板處于有害離子形成的電解液中，這些有害離子可進(jìn)入鍍鎳層的微孔中，并在微孔中富集，與鐵離子發(fā)生水解反應(yīng)，形成腐蝕性極強(qiáng)的酸，持續(xù)對(duì)極板進(jìn)行腐蝕。此外，由于鍍鎳層是一種陰極性的鍍層，鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.25V，鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.44V，鍍鎳層與碳鋼基體會(huì)形成一對(duì)電偶，當(dāng)它們同時(shí)暴露在電解液中就會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。在微孔內(nèi)的鐵是陽極，失去電子被溶解；在外的鎳是陰極，得到電子，并將水電解放出氫。由此可知，采用一般工藝制成的鍍鎳碳鋼極板被腐蝕的可能性極大。一旦極板出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕會(huì)導(dǎo)致氫氧氣體互串、漏堿以及電短路，很有可能引起爆炸，威脅人員和設(shè)備的安全。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提出一種對(duì)碳鋼極板的表面進(jìn)行腐蝕處理并形成保護(hù)膜，可有效提高極板鍍鎳后的耐腐蝕性的水電解極板表面處理方法。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是:一種水電解極板表面處理方法，包括以下步驟:
A.對(duì)碳鋼材質(zhì)的極板表面進(jìn)行清潔；
B.將極板浸泡在酸腐蝕溶液中5min至15min，對(duì)極板表面進(jìn)行酸腐蝕，所述酸腐蝕溶液的成分為8wt%至15wt%的硝酸，2wt%至8wt%的乙二酸，其余為水； C.將極板浸泡在銅離子溶液中3min至8min，鐵與銅離子發(fā)生置換反應(yīng)；
D.將極板浸泡在堿腐蝕溶液中5min至15min，對(duì)極板表面進(jìn)行堿腐蝕，所述堿腐蝕溶液由10g/L至30g/L的氫氧化鈉溶液和10g/L至30g/L的硝酸鈉溶液混合而成；
E.將極板放入濃度大于或等于30%的強(qiáng)酸溶液中，去除極板表面的雜質(zhì)；
F.將極板浸泡在處理液中1min至20min，在極板表面形成保護(hù)膜，所述處理液的成分為5wt%至12wt%的次氨基三乙酸，0.5wt%至3wt%的絡(luò)合劑，0.2wt%至2wt%的緩蝕劑，
0.lwt%至0.5wt的表面活性劑，0.02wt%至2wt%的pH調(diào)節(jié)劑，其余為水；所述處理液的pH值為3至6。
[0008]上述絡(luò)合劑是檸檬酸鈉、乳酸鈉、蘋果酸鈉中的一種或多種。
[0009]上述緩蝕劑是苯并三氮唑、碘化鉀、甲基苯并三唑中的一種或多種。
[0010]上述表面活性劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或正辛基硫酸鈉中的一種或多種。
[0011]上述pH調(diào)節(jié)劑是三乙醇胺、三乙胺中的一種或兩種。
[0012]上述銅離子溶液是150mg/L至500mg/L的硫酸銅溶液或氯化銅溶液。
[0013]上述強(qiáng)酸溶液是溫度為25°C至50°C的硝酸溶液、鹽酸溶液或硫酸溶液。
[0014]上述酸腐蝕溶液的溫度為40°C至60°C，所述銅離子溶液的溫度為30°C至45°C，所述堿腐蝕溶液的溫度為30°C至45 °C。
[0015]上述處理液的溫度為25°C至45°C，極板從處理液中取出后用清水沖洗并烘干，烘干溫度為80 °C至150°C。
[0016]本發(fā)明具有積極的效果:本發(fā)明的水電解極板表面處理方法是先對(duì)極板進(jìn)行腐蝕處理，再在極板表面形成保護(hù)膜，腐蝕處理使得極板的表面生成細(xì)小的微孔，表面變得粗糙，有利于保護(hù)膜更好地復(fù)合在極板上。腐蝕處理時(shí)，先進(jìn)行酸性腐蝕在極板表面生成微孔，再進(jìn)行堿性腐蝕在極板表面和微孔中生成更加細(xì)小的微孔，從而使得微孔位于更深層的位置，發(fā)生置換反應(yīng)的部分堿性腐蝕效果較弱，從而使得微孔的分布更加分散，有利于增加粗糙度，提高保護(hù)膜的復(fù)合效果。處理液以次氨基三乙酸作為主要成分，以絡(luò)合劑、緩蝕劑、表面活性劑作為輔助成分，可以在極板的表面形成致密的保護(hù)膜，有效地隔離鐵與鍍鎳層接觸，有效地提升極板的耐腐蝕性。次氨基三乙酸由三個(gè)羧基通過各自的氧和氮作二配位至四配位可以與鐵離子形成絡(luò)合物，螯合能力極強(qiáng)；加入絡(luò)合劑和緩蝕劑可以進(jìn)一步提高保護(hù)膜的耐腐蝕性，加入表面活性劑可以明顯提高保護(hù)膜的表面張力使得極板保護(hù)膜更加致密。本發(fā)明的處理液中不采用鈍化劑，不過多地采用絡(luò)合劑、緩蝕劑，而是大量采用成本低廉的次氨基三乙酸，可以在保證成膜質(zhì)量的前提下，大大降低生產(chǎn)成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
本實(shí)施例的水電解極板表面處理方法，具體步驟如下:
A.對(duì)碳鋼材質(zhì)的極板表面進(jìn)行清潔:依次經(jīng)過除油、水洗、酸洗工序，將附著在極板表面的油污、灰塵、銹蝕等清除。
[0018]B.對(duì)極板表面進(jìn)行酸腐蝕處理。將極板浸泡在溫度為60°C的酸腐蝕溶液中l(wèi)Omin，使得極板表面被初步腐蝕，形成微小的凹坑，凹坑的直徑小于1 μ m。所述酸腐蝕溶液的成分為10wt%的硝酸，5wt%的乙二酸，其余為水。
[0019]C.對(duì)極板表面進(jìn)行離子置換處理。將極板浸泡在溫度為40°C的銅離子溶液中5min，使得極板表面和凹坑內(nèi)的部分鐵與銅離子發(fā)生置換反應(yīng)，析出銅。所述銅離子溶液是250mg/L的硫酸銅溶液。
[0020]D.對(duì)極板表面進(jìn)行堿腐蝕處理。將極板浸泡在溫度為30°C的堿腐蝕溶液中l(wèi)Omin，使得極板表面和凹坑內(nèi)形成更多更細(xì)小的凹坑。所述堿腐蝕溶液由20g/L的氫氧化鈉溶液和20g/L的硝酸鈉溶液混合而成。
[0021]E.對(duì)極板表面進(jìn)行去垢處理。將極板放入常溫的強(qiáng)酸溶液中進(jìn)行攪動(dòng)，去除極板表面的雜質(zhì)，然后用清水進(jìn)行沖洗。所述強(qiáng)酸溶液是濃度為30%的硝酸溶液。
[0022]F.將極板浸入40°C的處理液中15min，取出后用清水沖洗并烘干，烘干溫度為90°C。極板表面形成耐腐蝕保護(hù)膜。所述處理液的成分為:10wt%的次氨基三乙酸，3￥丨％的檸檬酸鈉，lwt%的苯并三氮唑，0.3wt%的十二烷基硫酸鈉，其余為水，用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值為3。
[0023]實(shí)施例2
本實(shí)施例的水電解極板表面處理方法，具體步驟如下:
A.對(duì)碳鋼材質(zhì)的極板表面進(jìn)行清潔:依次經(jīng)過除油、水洗、酸洗工序，將附著在極板表面的油污、灰塵、銹蝕等清除。
[0024]B.對(duì)極板表面進(jìn)行酸腐蝕處理。將極板浸泡在溫度為50°C的酸腐蝕溶液中15min。所述預(yù)腐蝕溶液的成分為8wt%的硝酸，8wt%的乙二酸，其余為水。
[0025]C.對(duì)極板表面進(jìn)行離子置換處理。將極板浸泡在溫度為40°C的銅離子溶液中8min，使得極板表面和凹坑內(nèi)的部分鐵與銅離子發(fā)生置換反應(yīng)，析出銅。所述銅離子溶液是200mg/L的硫酸銅溶液。
[0026]D.對(duì)極板表面進(jìn)行堿腐蝕處理。將極板浸泡在溫度為35°C的堿腐蝕溶液中5min，使得極板表面和凹坑內(nèi)形成更多更細(xì)小的凹坑。所述堿腐蝕溶液由10g/L的氫氧化鈉溶液和30g/L的硝酸鈉溶液混合而成。
[0027]E.對(duì)極板表面進(jìn)行去垢處理。將極板放入溫度為40°C的強(qiáng)酸溶液中進(jìn)行攪動(dòng)，去除極板表面的雜質(zhì)，然后用清水進(jìn)行沖洗。所述強(qiáng)酸溶液是濃度為40%的鹽酸溶液。
[0028]F.將極板浸入25°C的處理液中20min，取出后用清水沖洗并烘干，烘干溫度為80°C。極板表面形成耐腐蝕保護(hù)膜。所述處理液的成分為:8wt%的次氨基三乙酸，^^%的乳酸鈉，0.5wt%的碘化鉀，0.2wt%的十二烷基苯磺酸鈉，其余為水，用三乙胺調(diào)節(jié)pH值為4.5。
[0029]實(shí)施例3
本實(shí)施例的水電解極板表面處理方法，具體步驟如下:
A.對(duì)碳鋼材質(zhì)的極板表面進(jìn)行清潔:依次經(jīng)過除油、水洗、酸洗工序，將附著在極板表面的油污、灰塵、銹蝕等清除。
[0030]B.對(duì)極板表面進(jìn)行酸腐蝕處理。將極板浸泡在溫度為55°C的酸腐蝕溶液中8min。所述預(yù)腐蝕溶液的成分為15wt%的硝酸，3wt%的乙二酸，其余為水。
[0031]C.對(duì)極板表面進(jìn)行離子置換處理。將極板浸泡在溫度為40°C的銅離子溶液中5min，使得極板表面和凹坑內(nèi)的部分鐵與銅離子發(fā)生置換反應(yīng)，析出銅。所述離子溶液是300mg/L的氯化銅溶液。
[0032]D.對(duì)極板表面進(jìn)行堿腐蝕處理。將極板浸泡在溫度為40°C的堿腐蝕溶液中Smin，使得極板表面和凹坑內(nèi)形成更多更細(xì)小的凹坑。所述堿腐蝕溶液由30g/L的氫氧化鈉溶液和15g/L的硝酸鈉溶液混合而成。
[0033]E.對(duì)極板表面進(jìn)行去垢處理。將極板放入常溫的強(qiáng)酸溶液中進(jìn)行攪動(dòng)，去除極板表面的雜質(zhì)，然后用清水進(jìn)行沖洗。所述強(qiáng)酸溶液是濃度為40%的硝酸溶液。
[0034]F.將極板浸入35°C的處理液中12min，取出后用清水沖洗并烘干，烘干溫度為120°C。極板表面形成耐腐蝕保護(hù)膜。所述處理液的成分為:12wt%的次氨基三乙酸，2wt%的蘋果酸鈉，0.5wt%的甲基苯并三唑，0.2wt%的正辛基硫酸鈉，其余為水，用三乙醇胺調(diào)節(jié)PH值為4。
[0035]對(duì)經(jīng)過實(shí)施例1至3的水電解極板表面處理方法的極板采用常規(guī)工藝進(jìn)行鍍鎳，然后進(jìn)行鹽霧測(cè)試。將試樣放入鹽霧試驗(yàn)箱內(nèi)，采用5%的NaCl溶液，濕度為70%，溫度為50°C，每天持續(xù)噴霧8h，連續(xù)10天，極板表面無明顯的腐蝕現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.一種水電解極板表面處理方法，包括以下步驟: A.對(duì)碳鋼材質(zhì)的極板表面進(jìn)行清潔； B.將極板浸泡在酸腐蝕溶液中5min至15min，對(duì)極板表面進(jìn)行酸腐蝕，所述酸腐蝕溶液的成分為8wt%至15wt%的硝酸，2wt%至8wt%的乙二酸，其余為水； C.將極板浸泡在銅離子溶液中3min至8min，鐵與銅離子發(fā)生置換反應(yīng)； D.將極板浸泡在堿腐蝕溶液中5min至15min，對(duì)極板表面進(jìn)行堿腐蝕，所述堿腐蝕溶液由10g/L至30g/L的氫氧化鈉溶液和10g/L至30g/L的硝酸鈉溶液混合而成； E.將極板放入濃度大于或等于30%的強(qiáng)酸溶液中，去除極板表面的雜質(zhì)； F.將極板浸泡在處理液中1min至20min，在極板表面形成保護(hù)膜，所述處理液的成分為5wt%至12wt%的次氨基三乙酸，0.5wt%至3wt%的絡(luò)合劑，0.2wt%至2wt%的緩蝕劑，0.lwt%至0.5wt的表面活性劑，0.02wt%至2wt%的pH調(diào)節(jié)劑，其余為水；所述處理液的PH值為3至6 ; 所述絡(luò)合劑是檸檬酸鈉； 所述緩蝕劑是碘化鉀； 所述表面活性劑是正辛基硫酸鈉； 所述銅離子溶液是150mg/L的硫酸銅溶液； 極板從處理液中取出后用清水沖洗并烘干。
【文檔編號(hào)】C25B11/00GK104451647SQ201410814033
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月13日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:吳小再