光电材料在金属防腐蚀中的应用

光电材料在金属防腐蚀中的应用

熊永周

东莞市锦品光电有限公司广东东莞523000

摘要：金属腐蚀问题一直与人们的生活关系紧密，绝大部分金属都是在一定环境中使用，并且极易出现腐蚀问题，严重影响力金属元件以及设备的使用寿命。伴随着光电材料的出现，因该材料具备寿命长、无毒环保等特点而在金属防腐中起到了关键作用。借助于光电材料防腐，一改传统主流的电化学金属防腐方法，对于缓解金属的腐蚀问题有着重要影响。本论文通过对金属防腐蚀问题概述，分析了金属腐蚀的原因以及金属防腐蚀常见方法，并论述了光电材料在金属防腐蚀中的应用研究，旨在为金属防腐蚀相关研究人员提供一定的建议。

关键词：光电材料；金属防腐蚀；应用

金属材料不仅是当前社会中运用最为广泛的材料，同时也是关系着人类文明与发展的代表性材料。人们不仅在日常的生活、生产中运用到金属材料，并且在科学领域的各种研究中，金属材料也得到了广泛的应用。金属腐蚀问题对于社会造成的影响是巨大的、恶劣的。不仅会造成严重的经济损失，同时也对人们的生命财产安全造成严重威胁，最为直接的便是造成金属资源的浪费。由于大多数腐蚀的金属元件以及设备无法进行二次使用，虽然能够通过二次冶炼的方式让金属元件以及设备回炉再生，但是中间过程所消耗的资源不可估量。伴随着全球能源资源的日益紧张，金属腐蚀问题已经不再单是社会经济损失问题，而是社会发展问题。因此，针对金属腐蚀问题展开一系列的研究显得尤为重要。而光电材料的出现，较大程度上提高了金属防腐蚀问题的研究效率，有助于更加有效的缓解金属腐蚀问题，不断延长金属元件以及金属设备的使用寿命，实现社会资源的高效利用。

1金属防腐蚀概述

1.1金属腐蚀原因

如果金属元件或者设备长时间以暴漏的状态放置在空气中，则受到外部环境温差的影响，金属表面逐渐会形成一层水膜，并且水膜中会存储一定量的溶解氧。伴随着时间的积累，一旦金属水膜中的溶解氧高于特定的浓度值，则水膜会直接与金属之间发生腐蚀反应，最终造成大气对金属元件或者设备的腐蚀问题。

1.2金属防腐蚀常见方法

为延长金属元件以及设备的使用寿命，人们利用多种方式对金属腐蚀问题进行了防护，具体有以下几种方法：

首先，可以改变金属的固有属性。为有效避免金属腐蚀问题，可以根据金属的实际用途选择合适的金属材料组合构成耐蚀合金，也可以直接在金属当中融入合金元素，较大程度提高金属的耐腐蚀性，延长金属出现腐蚀问题的时间。

其次，可以在金属表面设置各种类型的保护层，将金属与空气中的腐蚀性介质相互隔离，有效避免金属出现腐蚀问题。通常来说，金属保护层可以分为非金属保护层以及金属保护层。而保护层可以借助化学、物理以及电化学方式实现。

再者，电化学保护方式。其原理是借助外部电流刺激被腐蚀金属的点位产生变化，继而对被腐蚀金属起到减缓或者抑制金属腐蚀的作用。电化学保护通常分为阳极保护以及阴极保护。其中，阳极保护是利用向被腐蚀金属表面通入足够阳极电流，是金属产生阳极极化反应，减缓金属溶解的程度。阴极保护则是向腐蚀金属表面融入足够多的阴极电流，让腐蚀金属呈现出阴极极化，有效阻止金属溶解。

最后，运用防腐涂料进行防腐。防腐涂料主要以锌以及锌合金作为原料，借助于牺牲阳极的方式缓解金属腐蚀现象。另外，可以对金属外部环境构建润湿以及干燥环境，以模拟大气环境的方式加快技术形成涂层，有效避免腐蚀问题。

2光电材料在金属防腐蚀中的应用研究

上世纪初期，人们研究发现大气对金属的腐蚀问题，并基于此展开一系列大气防腐研究。美国、日本等国家先后针对大气腐蚀问题进行相应的试验。2004年，日本召开第13届亚太腐蚀控制会议，会议中就电化学阻抗遥感监测耐候钢的大气腐蚀问题展开的讨论研究。借助于光电材料的合理使用，一定程度上可实现对碳钢腐蚀电位的降低。而造成这种现象的原因在于光电材料自身导电位置高于碳钢，进而帮助碳钢缓解腐蚀问题。现阶段，人们研究以金属防腐为目的而研究的一系列光电材料包含SnO2、CdS、WO3、TiO2等。

2.1TiO2材料的应用研究

MouchengLi等人通过研究发现稀释溶液环境中，可利用阳极氧化钛箔的方式生成TiO2薄膜。经过后续的研究发现，紫外线照射环境中，TiO2薄膜与碳钢组装成原电池，出现了碳钢电位下降，并且提供120mV的电压环境，TiO2薄膜可以帮助碳钢提升抗腐蚀能力。但是，如果TiO2薄膜在黑暗环境中，则会在一定程度上促使碳钢出现腐蚀问题。为了更好的利用TiO2薄膜，可以将其他类型的金属合金或者半导体与TiO2薄膜相互结合，促使TiO2薄膜作用下，碳钢可以在任何环境中提高抗腐蚀能力。

RaghavanSubasn等人在MouchengLi等人研究内容的基础上进一步就TiO2展开研究，分析不同比例SnO2和TiO2复合物对铜金属的抗腐蚀特性。在紫外光照射环境中，SnO2和TiO2各自质量比相同时，能够对铜金属起到防腐蚀作用。在此反应过程中，TiO2会将反应中多余的电子转移至SnO2表面，直至SnO2处于黑暗环境中，表面的电子才会释放。

通过比较TiO2纳米颗粒以及TiO2纳米管，我们发现TiO2纳米管内部阵列排列的更加有序性、整齐性。能够为其他半导体的融入提供良好的观察平台，同时也可以提供比TiO2纳米颗粒更高的光电性能。所以，TiO2纳米管可以投入到金属防腐蚀问题的研究当中。事实上，与TiO2纳米颗粒深入比较，TiO2纳米管能够呈现出更加具有效力的表面活性中心，可促使电荷表面的传输速率得到大幅提升，并且量子产率也可以实现最大化。

2.2WO3材料的应用研究

尽管WO3材料具备存储电子的能力，然而却无法直接利用WO3材料完成对金属的防腐蚀保护操作。Pailin通过将WO3与TiO2相互融合，实施WO3--TiO2光催化系统的充放电子行为，发现在相对湿度为50%的环境中，光强度小于10mWcm-1时，系统自身的充电率与光照强度之间呈现出正相关关系。而当光强大于10mWcm-1时，则上述反应不够强烈。借助于对WO3材料存储电子能力的深入研究，TetsuTatsuma等人成功研发出TiO2--WO3涂层的光电化学抗腐蚀系统。通过研究发现，当以TiO2作为研究对象光照5小时之后，单层WO3涂层的电极开路尽管有所提升，但是整体水平仍然处于腐蚀电压以下范围，并且此种状态保持了30个小时。单层WO3涂层替换为双层涂层，则在暗处次状态可以保持60个小时。因此，WO3材料自身所附带的电子存储能力较大程度可帮助技术实现抗腐蚀功能，可以将WO3材料投入到大气防腐中合理运用。

2.2CdS材料的应用研究

JingLi等人在对TiO2纳米管展开一系列研究之后，在TiO2纳米管阵列中成功融入了CdS材料，构建了CdS--TiO2纳米管（CdS--TNS）系统以防护不锈钢的腐蚀问题。以304不锈钢作为研究对象，发现当304不锈钢涂上CdS--TNS之后，与紫外线光照条件下比较，白光条件下能够帮助304不锈钢更好的防护腐蚀问题。虽然借助CdS材料，可以有效解决304不锈钢的金属腐蚀问题，但是由于CdS材料因自身属性特定，一旦自身出现不稳定情况，容易造成对环境的二次污染，不利于实现可持续发展战略目标。

3结束语

综上所述，基于社会科学技术水平的持续发展，越来越多的新能源、新材料会随之被研发、投入市场。研究人员应加大对新型材料的了解程度，选择其中合适的材料作为研究防护金属腐蚀的原料。研究阶段，应尽可能选择对环境无污染、无过多损耗的能源材料，将可持续发展理念始终作为研究的核心理念，促使我国金属防腐蚀问题研究迈上新的台阶。

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