一种电镀溶液及碱性电解水制氢用电极板的制备方法 专利技术说明

电解或电泳工艺的制造及其应用技术1.本发明涉电解水制氢领域，特别是一种可以在碳钢表面获得镍磷合金的电镀溶液及碱性电解水制氢用电极板的制备方法。背景技术：2.全球气温逐年升高、极端气候频繁出现等问题向人类敲响环保的警钟。以可再生清洁能源为代表的第三次全球能源转型已悄然拉开大幕。氢能是一种清洁的可再生能源。电解水制氢技术成熟，设备简单，原料来源广泛，制氢过程无污染，且所得的氢气纯度高，是一种符合可持续原则的制氢技术。3.电解水制氢时，纯水的电导率很低，须向电解液中加入20wt％～30wt％的氢氧化钾或氢氧化钠等电解质，以增强溶液导电性；并且，为了降低过电位，减少电能消耗，电解槽的工作温度为85～90℃，这样的碱浓度和温度是电极板材料碳钢容易发生碱蚀的范围，因此必须对电解槽极板进行防腐处理。由于镍不与强碱反应，耐碱蚀性能十分优良，目前通常采用碳钢材质镀镍的办法保护电极板。但是镀镍层孔隙率高，只有镀层厚度超过25μm时才基本无孔。在一些特定条件下，例如水质不合格，含有超标氯离子、氟离子等有害离子时，这些有害离子进入镀层的微孔中，并在微孔中富集，与铁离子发生反应从而使电极板发生孔蚀。一旦极板出现严重腐蚀会导致氢、氧气体互串、漏碱以及电短路，其结果可能引起爆炸，威胁人员和设备的安全。4.电镀非晶态合金是提高材料性能有效手段。非晶态材料的结构内部没有晶界，从而大大提高了材料的耐蚀性和热稳定性。含磷8wt％以上的镍磷合金是单相的非晶态合金，没有晶界等缺陷，耐蚀性极高；并且，镍磷合金以ni2p、ni3p等结构的金属间化合物散布于镍基质之中，镀层致密光亮，孔隙率很低，可以有效减孔蚀发生，大大提高电极板的耐腐蚀性能。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种可以在碳钢表面获得镍磷合金的电镀溶液及碱性电解水制氢用电极板的制备方法，该电极板采用碳钢为基体，并在基体表面电镀镍磷合金耐蚀层。6.本发明的技术方案是：7.一种可以在碳钢表面获得镍磷合金的电镀溶液，电镀溶液成份为：硫酸镍130～240g/l，氯化镍15～45g/l，硫酸钠25～40g/l，次磷酸钠6～30g/l，亚磷酸5～25g/l，硼酸20～30g/l，其余为水。8.一种碱性电解水制氢用电极板的制备方法，碱性电解水制氢用电极板采用碳钢为基体，并在基体表面电镀镍磷合金耐蚀层，主要包含以下步骤：9.(1)配制可以在碳钢表面获得镍磷合金的电镀溶液，搅拌24h以上；电镀溶液ph值控制在1.5～3.5；10.(2)将碳钢基体除油除锈清洗干净，进行预热之后用质量分数20％的稀盐酸进行活化处理；11.(3)将活化后碳钢基体浸没在步骤(1)得到的电镀溶液中，在碳钢基体上电镀镍磷合金耐蚀层；12.(4)电镀溶液温度控制在50～85℃，阴极电流密度为1～15a/dm2；13.(5)采用阴极移动或者空气搅拌方式维持阴极表面电镀溶液均匀稳定；14.(6)镀层达到所需厚度时，取出工件，清洗干净并吹干，形成碱性电解水制氢用电极板。15.所述的碱性电解水制氢用电极板的制备方法，优选的，步骤(1)中电镀溶液ph值控制在2～3。16.所述的碱性电解水制氢用电极板的制备方法，步骤(2)中，预热温度为80～90℃，预热时间为30～60分钟，活化处理时间为10±2秒。17.所述的碱性电解水制氢用电极板的制备方法，优选的，步骤(4)中电镀溶液温度控制在70～80℃，阴极电流密度为3～10a/dm2。18.所述的碱性电解水制氢用电极板的制备方法，步骤(6)中，镀层厚度为8～15μm。19.所述的碱性电解水制氢用电极板的制备方法，步骤(6)中，镀层中含磷8wt％以上，镍磷合金为单相的非晶态合金。20.本发明的设计思想是：21.镍磷合金镀层的结构与镀层中的含磷量有关，含磷8wt％以上时可以得到耐蚀性较好的单相非晶态合金。ph值是电镀镍磷合金的关键参数，ph值超过3.5时，镀层中磷的含量将下降，镀层耐蚀性下降。本发明采用的电镀溶液成份，其中硫酸镍和氯化镍提供镀层中镍的来源，次磷酸盐和亚磷酸提供镀层中磷的来源，并且通过次磷酸盐和亚磷酸的复配，起到调节溶液ph值的作用，硼酸起到缓冲剂的作用。22.本发明的优点和有益效果是：23.本发明在电解水制氢电极板基体上电镀镍磷合金耐蚀层，镀层致密光亮，孔隙率很低，可以有效减孔蚀发生；镀层中含磷8wt％以上，为单相的非晶态合金，没有晶界等缺陷，耐蚀性极高。从而，大大提高了基体材料的耐蚀性和热稳定性，提高了电解水制氢电极板的使用寿命。具体实施方式24.下面，通过实施例进一步详述本发明。25.实施例126.本实施例中，碱性电解水制氢用电极板的制备方法，包括如下步骤：27.(1)配制可以在碳钢表面获得镍磷合金的电镀溶液，电镀溶液成分：硫酸镍200g/l，氯化镍15g/l，硫酸钠35g/l，次磷酸钠22g/l，亚磷酸8g/l，硼酸20g/l，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌24h，配制电镀溶液，溶液ph值2.5。28.(2)将碳钢(牌号为20号钢)基体除油除锈清洗干净，在80℃进行预热时间30分钟之后，用浓度为20％(质量分数)的稀盐酸进行活化处理，处理时间为10秒钟。29.(3)将活化后碳钢基体浸没在步骤(1)得到的电镀溶液中，在碳钢基体上电镀镍磷合金耐蚀层；30.(4)电镀溶液温度70℃，阴极电流密度3a/dm2；31.(5)采用阴极移动或者空气搅拌方式维持阴极表面电镀溶液均匀稳定；32.(6)镀层厚度为10微米时，取出工件，清洗干净并吹干，形成碱性电解水制氢用电极板。制备的镀层含磷14wt％，镍磷合金为单相的非晶态合金，无结晶缺陷。33.本实施例中，碱性电解水制氢用电极板具有较好的耐蚀性，在ph值为12的碱溶液中浸泡168h后，无孔蚀及其他腐蚀现象发生。34.实施例235.本实施例中，碱性电解水制氢用电极板的制备方法，包括如下步骤：36.(1)配制可以在碳钢表面获得镍磷合金的电镀溶液，电镀溶液成分：硫酸镍180g/l，氯化镍45g/l，硫酸钠35g/l，次磷酸钠16g/l，亚磷酸5g/l，硼酸30g/l，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌24h，配制电镀溶液，溶液ph值1.5。37.(2)将碳钢(牌号为20号钢)基体除油除锈清洗干净，在85℃进行预热时间30分钟之后，用浓度为20％(质量分数)的稀盐酸进行活化处理，处理时间为10秒钟。38.(3)将活化后碳钢基体浸没在步骤(1)得到的电镀溶液中，在碳钢基体上电镀镍磷合金耐蚀层；39.(4)电镀溶液温度75℃，阴极电流密度8a/dm2；40.(5)采用阴极移动或者空气搅拌方式维持阴极表面电镀溶液均匀稳定；41.(6)镀层厚度10微米时，取出工件，清洗干净并吹干，形成碱性电解水制氢用电极板。制备的镀层含磷9wt％，镍磷合金为单相的非晶态合金，无结晶缺陷。42.本实施例中，碱性电解水制氢用电极板具有较好的耐蚀性，在ph值为12的碱溶液中浸泡168h后，无孔蚀及其他腐蚀现象发生。43.实施例344.本实施例中，碱性电解水制氢用电极板的制备方法，包括如下步骤：45.(1)配制可以在碳钢表面获得镍磷合金的电镀溶液，电镀溶液成分：硫酸镍150g/l，氯化镍30g/l，硫酸钠30g/l，次磷酸钠10g/l，亚磷酸16g/l，硼酸25g/l，其余为水。将上述物质均匀混合，搅拌24h，配制电镀溶液，溶液ph值3.0。46.(2)将碳钢(牌号为20号钢)基体除油除锈清洗干净，在90℃进行预热时间30分钟之后，用浓度为20％(质量分数)的稀盐酸进行活化处理，处理时间为10秒钟。47.(3)将活化后碳钢基体浸没在步骤(1)得到的电镀溶液中，在碳钢基体上电镀镍磷合金耐蚀层；48.(4)电镀溶液温度80℃，阴极电流密度10a/dm2；49.(5)采用阴极移动或者空气搅拌方式维持阴极表面电镀溶液均匀稳定；50.(6)镀层厚度为10微米时，取出工件，清洗干净并吹干，形成碱性电解水制氢用电极板。制备的镀层含磷12wt％，镍磷合金为单相的非晶态合金，无结晶缺陷。51.本实施例中，碱性电解水制氢用电极板具有较好的耐蚀性，在ph值为12的碱溶液中浸泡168h后，无孔蚀及其他腐蚀现象发生。在3.5wt％的氯化钠水溶液中浸泡并进行交流阻抗测试，阻抗值为30.63kω·cm2。52.实施例结果表明，本发明提供的电极板用于电解水制氢时，具有优异的耐蚀性，大大提高了电解水制氢电极板的使用寿命；镀层结晶致密，表面光亮，有利于氢气泡的逸出，产氢效率更高。









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