本申请涉及一种光电化学金属防腐涂层的制备涂装工艺及方法，使用氮化碳材料或碳化氮前驱体材与半导体金属氧化物前驱体混合制备复合涂层剂，通过浸涂、辊涂、喷涂、旋涂等工艺在金属表面涂布，后经加热成膜处理得到相应防腐涂层。该涂层在太阳光光照下可有效降低金属的腐蚀电位，实现对金属构件的光致阴极防腐作用。该涂层原料成本低廉，工艺简单，易于管理，防腐性能持久，能有效解决传统阴极保护在大气防腐中的不足，是一类高效环保的大气防腐涂层。
【技术实现步骤摘要】
一种廉价高可见光活性的光电化学防腐涂料及涂层工艺
：本专利技术涉及一种金属防腐技术，特别是涉及一种光电化学防腐涂料及其工艺。
技术介绍
金属的腐蚀会引起金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能显著降低，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。因腐蚀造成的经济损失约占当年国民经济生产总值的1.5％-4.2％。通过阴极保护等传统手段，可以对地下及水下金属构件进行有效的防护。对于暴露在空气中的金属构件，由于金属表面的电解质液膜很薄且导电性差，传统的阴极保护效果并不理想。对于电力行业、化学工业、通信行业、建筑交通行业等部门而言，有大量的金属构件暴露在空气中，为了避免其腐蚀，目前通常使用覆盖油漆等保护层或表面镀锌等技术进行防腐。油漆等保护层容易在被水浸泡或反复热胀冷缩后剥落，在受外力作用下也会发生破损，金属会在油漆脱落处发生腐蚀并不断扩张；表面镀锌可以起到阴极保护的作用，然而在镀锌层被消耗完后金属构件会快速的腐蚀，而这会导致潜在的巨大损失及事故风险。各相关行业对易于管理，工艺简单，持久性好的新型防腐技术需求迫切。近年来，随半导体技术发展，研究发现一些半导体具有光电化学防腐蚀特性，而且在光致阴极防腐蚀过程中半导体并不牺牲，理论上具有很长的使用寿命(J.Electrochem.Soc.，2001，148，B24)。它可利用取之不尽的太阳光能，从长期角度来看，光电化学防腐是一种易于管理，防腐性能持久的新型防腐技术(图1)。但目前已经开发的光电防腐材料为宽禁带半导体，只能吸收紫外光，而太阳光中这部分光能所占比例非常小(相关专利CN1772952(2006.05.17)，CN101235504(2008.08.06))。扩展催化剂的光谱响应范围，以太阳能为光源在自然环境条件下实现金属材料的防腐具有重要的理论和实践意义。
技术实现思路
本申请公开了一种防腐涂层及将其涂层于金属构件上的方法。其中：(1)光电化学防腐涂料将包含如下组分的防腐材料a.氮化碳材料或碳化氮前驱体材料。通过使用三聚氰胺(氨基腈，尿素)等前驱体高温聚合得到原料，经过进一步的加工制备可以在溶液中稳定分散的纳米带，纳米粉，纳米棒等加以使用。在高温下用三聚氰胺聚合制备氮化碳时，通过掺杂诸如含P、S、Si、Ge或二嗪、吡啶、嘧啶、噻吩、苯环等芳杂环等，可以有效增加涂层材料对可见光的响应性，增强光电化学防腐活性。也可以直接在金属氧化物前驱体中掺杂碳化氮前驱体，如：三聚氰胺，氨基腈，尿素等，在高温处理下让前驱体原位转化为氮化碳材料。b.半导体金属氧化物前驱体；Ti，Zn，Sn，Al的烷氧基化合物作为半导体氧化物的前驱体，与氮化碳材料混合配制成相应涂料(加入适量乙酰丙酮等抑制剂)，在高温下热解与氮化碳材料形成相应的光电活性异质结涂层。(2)氮化碳与半导体金属氧化物的质量比为3∶1-1∶4，光活性材料在涂料中百分含量为20％-75％；(3)通过浸涂、辊涂、喷涂、旋涂等工艺可以将涂料均匀涂布金属构件，然后对表面进行热处理，使涂层材料在250-350℃条件下转化为目标异质结涂层，或直接使用喷雾热解成膜。(4)该类涂层在太阳光照射下可有提高金属腐蚀电位0.2-0.5V以上，有效降低金属构件的腐蚀，该涂层同时还具有清除金属构件表面有机物沉积的功能。该涂层使用过程中不会损耗，易于管理。(5)本专利技术涉及的光电化学涂层配合使用镀锌层作为复合防腐层，可进一步大幅提高实际防腐效果，见专利技术图示图2。本专利技术开发了一种在自然条件下以太阳光为光源的光电化学金属防腐涂层，具有原料成本低廉，工艺简单，易于管理，防腐性能持久的优势，为目前各相关行业大量存在的金属构件防腐提供一种新的有效方案。附图说明：图1：为本专利技术所涉及的防腐涂层的防腐机制示意图，对该涂层的防腐机制进行了解释说明。图2：为本专利技术所涉及的涂层材料实例示意图，对该涂层的剖层结构进行了解释说明。具体实施方案：以下通过生产实例对本专利技术作进一步具体说明，相关研究领域的人员根据本专利技术的基本思想做出的改进或变动，均在本专利技术范围之内。实施实例1；氮化碳纳米片的制备氮化碳材料在水中超声24h，或者在浓硫酸中搅拌浸泡12h后除去硫酸加水超声8h，或者球磨机中加水球磨48h，分离可在水中可以稳定分散的氮化碳纳米片，得到黄色固体粉末。实施实例2；氮化碳纳米棒或纳米球的制备氮化碳材料加入到NH4Cl溶液中，搅拌30min，再超声30min，形成氮化碳分散液；将上述分散液转移聚四氟乙烯内衬反应釜中，在160℃条件下反应12h后自然冷却至室温；将最终产物洗涤后干燥，得到石墨型氮化碳纳米棒，为淡黄色固体粉末；实施实例3；基片预处理使用不锈钢或镀锌钢作为基片，去除表面氧化层，然后将基片清洗干净，备用；实施实例4；氮化碳/氧化钛涂层材料的制备采用钛酸丁酯为原料，溶于无水乙醇，配置成2-0.2M的钛酸丁酯乙醇溶液，加入两当量的乙酰丙酮作为抑制剂，室温搅拌10～30min，得到溶液A；将B溶液滴加到A溶液中，室温下搅拌2～3小时，得到氮化碳/氧化钛涂层溶液；实施实例5；氮化碳前驱体/氧化钛涂层材料的制备采用乙酰丙酮氧化钛为原料，溶于无水乙醇，配置成2-0.2M的乙酰丙酮氧化钛乙醇溶液；按比例称取三聚氰胺、尿素等前驱体加入到乙酰丙酮氧化钛乙醇溶液中，室温下搅拌0.5～1小时，得到氮化碳前驱体/氧化钛涂层溶液；实施实例6；氮化碳/氧化钛涂层材料的制备及涂层(1)将实例3中洗好的基片浸入实例4制得的涂层溶液中，以4～15mm/min的速度提拉出液面，基片上形成一层涂层膜，然后将该基片在60-120℃下干燥10～20min；(2)重复步骤(1)，在基片上形成1～25um的溶胶膜；(3)将(2)处理后的基片在250～400℃恒温灼烧半小时，自然冷却至室温，得所述的金属防腐蚀用氮化碳/氧化钛复合涂层。实施实例7；氮化碳/氧化钛涂层材料的制备及涂层(1)将实例3中洗好的基片浸入实例5制得的涂层溶液中，以4～15mm/min的速度提拉出液面，基片上形成一层涂层膜，然后将该基片在60-150℃下干燥10～20min；(2)重复步骤(1)，在基片上形成1～25um的溶胶膜；(3)将(2)处理后的基片在450～570℃恒温灼烧半小时，自然冷却至室温，得所述的金属防腐蚀用氮化碳/氧化钛复合涂层。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可见光活性的光电化学防腐涂层，其特征在于其主要成分包括两类：a.氮化碳材料或碳化氮前驱体材料。b.半导体金属氧化物前驱体。
【技术特征摘要】
1.一种可见光活性的光电化学防腐涂层，其特征在于其主要成分包括两类：a.氮化碳材料或碳化氮前驱体材料。b.半导体金属氧化物前驱体。2.如权利要求1所述，氮化碳材料为：三聚氰胺、氨基腈、尿素等前驱体(可以加入掺杂改性剂)高温缩聚后的产物经过进一步的加工得到可在溶液中稳定分散的氮化碳材料。碳化氮前驱体材料为：三聚氰胺、尿素、氨基腈等可以通过热缩聚形成氮化碳材料的简单化合物原料。3.如权利要求1所述，半导体金属氧化物前驱体为：Ti，Zn，Sn，Al的烷氧基化合物，乙酰丙酮络合物或其它在水解或加热条件下可以分解转化为相应金属氧化物的化合物原料。4.如权利要求1所述，该涂层材料中氮化碳与半导...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈殷，侯乾坤，李倩倩，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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