[發明專利]一種廉價高可見光活性的光電化學防腐涂料及涂層工藝

在審

• 申請號: 201710815237.9
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN108976847A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 陳殷;侯乾坤;李倩倩
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D5/08;B05D3/02;B05D7/16
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• 代理人: 暫無信息

本申請涉及一種光電化學金屬防腐涂層的制備涂裝工藝及方法，使用氮化碳材料或碳化氮前驅體材與半導體金屬氧化物前驅體混合制備復合涂層劑，通過浸涂、輥涂、噴涂、旋涂等工藝在金屬表面涂布，后經加熱成膜處理得到相應防腐涂層。該涂層在太陽光光照下可有效降低金屬的腐蝕電位，實現對金屬構件的光致陰極防腐作用。該涂層原料成本低廉，工藝簡單，易于管理，防腐性能持久，能有效解決傳統陰極保護在大氣防腐中的不足，是一類高效環保的大氣防腐涂層。

技術領域：

本發明涉及一種金屬防腐技術，特別是涉及一種光電化學防腐涂料及其工藝。

背景技術

金屬的腐蝕會引起金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能顯著降低，破壞金屬構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命，甚至造成火災、爆炸等災難性事故。因腐蝕造成的經濟損失約占當年國民經濟生產總值的1.5％-4.2％。通過陰極保護等傳統手段，可以對地下及水下金屬構件進行有效的防護。對于暴露在空氣中的金屬構件，由于金屬表面的電解質液膜很薄且導電性差，傳統的陰極保護效果并不理想。

對于電力行業、化學工業、通信行業、建筑交通行業等部門而言，有大量的金屬構件暴露在空氣中，為了避免其腐蝕，目前通常使用覆蓋油漆等保護層或表面鍍鋅等技術進行防腐。油漆等保護層容易在被水浸泡或反復熱脹冷縮后剝落，在受外力作用下也會發生破損，金屬會在油漆脫落處發生腐蝕并不斷擴張；表面鍍鋅可以起到陰極保護的作用，然而在鍍鋅層被消耗完后金屬構件會快速的腐蝕，而這會導致潛在的巨大損失及事故風險。各相關行業對易于管理，工藝簡單，持久性好的新型防腐技術需求迫切。

近年來，隨半導體技術發展，研究發現一些半導體具有光電化學防腐蝕特性，而且在光致陰極防腐蝕過程中半導體并不犧牲，理論上具有很長的使用壽命(J.Electrochem.Soc.，2001，148，B24)。它可利用取之不盡的太陽光能，從長期角度來看，光電化學防腐是一種易于管理，防腐性能持久的新型防腐技術(圖1)。但目前已經開發的光電防腐材料為寬禁帶半導體，只能吸收紫外光，而太陽光中這部分光能所占比例非常小(相關專利CN1772952(2006.05.17)，CN101235504(2008.08.06))。擴展催化劑的光譜響應范圍，以太陽能為光源在自然環境條件下實現金屬材料的防腐具有重要的理論和實踐意義。

發明內容

本申請公開了一種防腐涂層及將其涂層于金屬構件上的方法。其中：

(1)光電化學防腐涂料將包含如下組分的防腐材料

a.氮化碳材料或碳化氮前驅體材料。通過使用三聚氰胺(氨基腈，尿素)等前驅體高溫聚合得到原料，經過進一步的加工制備可以在溶液中穩定分散的納米帶，納米粉，納米棒等加以使用。在高溫下用三聚氰胺聚合制備氮化碳時，通過摻雜諸如含P、S、Si、Ge或二嗪、吡啶、嘧啶、噻吩、苯環等芳雜環等，可以有效增加涂層材料對可見光的響應性，增強光電化學防腐活性。也可以直接在金屬氧化物前驅體中摻雜碳化氮前驅體，如：三聚氰胺，氨基腈，尿素等，在高溫處理下讓前驅體原位轉化為氮化碳材料。

b.半導體金屬氧化物前驅體；Ti，Zn，Sn，Al的烷氧基化合物作為半導體氧化物的前驅體，與氮化碳材料混合配制成相應涂料(加入適量乙酰丙酮等抑制劑)，在高溫下熱解與氮化碳材料形成相應的光電活性異質結涂層。

(2)氮化碳與半導體金屬氧化物的質量比為3∶1-1∶4，光活性材料在涂料中百分含量為20％-75％；

(3)通過浸涂、輥涂、噴涂、旋涂等工藝可以將涂料均勻涂布金屬構件，然后對表面進行熱處理，使涂層材料在250-350℃條件下轉化為目標異質結涂層，或直接使用噴霧熱解成膜。

(4)該類涂層在太陽光照射下可有提高金屬腐蝕電位0.2-0.5V以上，有效降低金屬構件的腐蝕，該涂層同時還具有清除金屬構件表面有機物沉積的功能。該涂層使用過程中不會損耗，易于管理。