耐腐蝕的水電解極板表面處理方法
【專利說明】耐腐蝕的水電解極板表面處理方法
[0001]本申請是分案申請，原申請的發(fā)明創(chuàng)造名稱:水電解極板表面處理方法，申請?zhí)?201210538399.X，申請日:2012-12_13。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種對碳鋼極板的表面進行腐蝕處理并形成保護膜的工藝方法，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)十個到上百個電解小室按規(guī)律疊壓構(gòu)成。每個電解小室由陽極板、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]由于強酸性電解質(zhì)組成的電解液對金屬具有強烈的腐蝕性，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。在電場的作用下，鉀離子或鈉離子向負(fù)極移動，氫氧根離子向正極移動，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碳鋼鋼板造成堿蝕，所以必須對陽極板和陰極板進行防腐處理。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)，形成腐蝕性極強的酸，持續(xù)對極板進行腐蝕。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形成一對電偶，當(dāng)它們同時暴露在電解液中就會發(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，提出一種對碳鋼極板的表面進行腐蝕處理并形成保護膜，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.對碳鋼材質(zhì)的極板表面進行清潔；
B.將極板浸泡在酸腐蝕溶液中5min至15min，對極板表面進行酸腐蝕，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，對極板表面進行堿腐蝕，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極板進行腐蝕處理，再在極板表面形成保護膜，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，有利于保護膜更好地復(fù)合在極板上。腐蝕處理時，先進行酸性腐蝕在極板表面生成微孔，再進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；加入絡(luò)合劑和緩蝕劑可以進一步提高保護膜的耐腐蝕性，加入表面活性劑可以明顯提高保護膜的表面張力使得極板保護膜更加致密。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。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
本實施例的水電解極板表面處理方法，具體步驟如下:
A.對碳鋼材質(zhì)的極板表面進行清潔: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.對極板表面進行酸腐蝕處理。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.對極板表面進行離子置換處理。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)