本发明专利技术涉及一种二氧化钛金属防腐蚀材料及其制造方法和其应用方法。该二氧化钛金属防腐蚀材料是采用阳极氧化法制备的有锐钛矿相存在的光电极电位低于４５↑［＃］碳钢的二氧化钛薄膜金属防腐蚀材料。其制造方法是用钛片作阳极，以石墨为阴极，以０．０５－０．２Ｍ浓度的ＮａＯＨ或ＫＯＨ溶液为电解质溶液，在温度为５０－７０℃、氧化电压为１１０－１５０Ｖ、氧化时间为３－８分钟的条件下进行电化学阳极氧化。其应用方法是将用钛片基体上采用阳极氧化法形成的有锐钛矿相存在的二氧化钛薄膜金属防腐蚀材料为阳极，以被保护金属为阴极，阳极和阴极用导线连接后，构成宏观电池。本发明专利技术二氧化钛金属防腐蚀材料具有光电化学防腐蚀特性，它能对金属在腐蚀介质中起光阴极保护作用。与传统的牺牲阳极相比是一种非牺牲的光阳极，不受使用寿命的限制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属防腐蚀
，涉及一种二氧化钛金属防腐蚀材料及其制造方法和金属防腐蚀方法。
技术介绍
目前，对金属材料保护比较成熟的防腐蚀方法是牺牲阳极的阴极保护法，即把被保护金属(阴极)和比它更活泼的金属(阳极)相联接，在电解质溶液中构成宏观电池，依靠活泼阳极金属不断溶解产生的阴极电流对金属进行阴极极化。这样，牺牲阳极的阴极保护法就受到使用寿命的限制了。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是要克服传统的牺牲阳极的阴极防腐蚀法使用寿命有限的不足，提供一种非牺牲性光阳极、不受使用寿命限制的二氧化钛金属防腐蚀材料及其制造方法和其应用方法。根据本专利技术的第一方面，提供一种二氧化钛金属防腐蚀材料，其特征在于所述材料包括钛片基体和在该基体上原位形成的有锐钛矿相存在的二氧化钛薄膜，其中所述二氧化钛薄膜的光电极电位低于-700mV(即低于45#碳钢的电极电位值)。在所述的二氧化钛金属防腐蚀材料中，其中所述二氧化钛薄膜优选的是采用阳极氧化法在所述钛片基体上原位形成。本专利技术使用阴极保护中的外加电流法来防腐蚀。二氧化钛具有光电化学防腐蚀特性，它能对金属在腐蚀介质中起光阴极保护作用。与传统的牺牲性的阳极相比，二氧化钛是一种非牺牲性的光阳极，不会受使用寿命的限制。二氧化钛具有光电化学防腐蚀性能，是因为在紫外光照射下价带中的电子获得光子能量就会跃迁到导带，产生光生电子并在价带中产生相应的空穴，分别迁移到TiO2粒子的表面，在TiO2薄膜与溶液界面发生化学反应，其原理如图4所示。阳极氧化法是一种公知的方法，一般是把金属(通常是建筑材料如铝)的表面经电解而形成氧化层的方法。根据本专利技术的第二方面，提供一种二氧化钛金属防腐蚀材料的制造方法，其特征在于该方法包括用钛片作阳极，以石墨为阴极，以0.05-0.2M浓度的NaOH或KOH、优选NaOH溶液为电解质溶液，在温度为50-70℃、氧化电压为110-150V、氧化时间为3-8分钟的条件下进行电化学阳极氧化，从而在所述钛片基体上形成光电极电位低于-700mV的有锐钛矿相存在的二氧化钛薄膜。在所述方法中，优选的是阴极面积是阳极面积的1-3倍。优选的是，在进行阳极氧化前先用浓度为2-6重量％的稀酸溶液清洗钛片表面，以除去钛片表面的氧化物层。其中所述酸溶液可以是稀的无机酸溶液，如盐酸、氢氟酸、硝酸等，优选为氢氟酸溶液。为了使氧化过程中产生的热量及时散发，反应过程中可用搅拌器进行搅拌。本专利技术人研究了不同阳极氧化工艺条件下TiO2薄膜的防腐蚀性能，测试结果表明用阳极氧化法能够制备出光电极电位低于45#碳钢的二氧化钛薄膜，即在一定条件下阳极氧化法制备的TiO2薄膜对45#碳钢能起到保护作用，其制备条件是电解质溶液为0.05-0.2M NaOH，氧化电压为120V或大于120V，氧化时间3-8分钟，氧化温度为50℃-70℃。在此条件下制备的二氧化钛薄膜有锐钛矿相存在，表面粗糙致密。采用阳极氧化法制备TiO2薄膜，工艺设备简单、便于操作、成本低。因此，采用本专利技术方法，可根据需防腐蚀的不同的金属材料，以钛片为基体，采用本专利技术特定的电解质溶液、氧化电压、氧化时间、氧化温度等，可以得到比需要防腐蚀保护的金属材料光电极电位低的二氧化钛金属防腐蚀材料。根据本专利技术的第三方面，提供一种金属防腐蚀方法，其特征在于该方法包括以被保护金属为阴极，以含钛的金属防腐蚀材料为阳极，阳极和阴极用导线连接以构成宏观电池，其中所述含钛的金属防腐蚀材料包括钛片基体和在该基体上原位形成的有锐钛矿相存在的二氧化钛薄膜，其中所述二氧化钛薄膜的光电极电位低于-700mV。所述含钛的金属防腐蚀材料根据上面所述的制备方法来制备。其中作为阴极的被保护金属可以是各种需要进行防腐蚀处理的金属体，特别是在水中使用或浸泡于水中的金属体，例如，包括但不限于，桥梁钢架，船舶外壳体，水中建筑物如码头的钢铁结构部分，等等。由于二氧化钛具有耐腐蚀特性，而且二氧化钛具有光电化学防腐蚀特性，它能对金属在腐蚀介质中起光阴极保护作用。这样，金属在腐蚀介质中作为阴极受到保护，不被侵蚀，而二氧化钛作为阳极具有耐腐蚀特性，不会被腐蚀掉，与传统的牺牲阳极的防腐蚀方法相比，二氧化钛是一种非牺牲性的光阳极，不受使用寿命的限制。因此用本专利技术方法构成的金属防腐蚀体系能有效地保护例如海水中的金属材料不受海水腐蚀。附图说明图1为阴极保护法原理图；图2为采用阳极氧化法在不同氧化电压下制得的TiO2金属防腐蚀材料在光照下以及45#碳钢在3％NaCl溶液中的极化曲线，其中曲线1、2、3分别代表氧化电压为20V、100V、120V下制得的TiO2金属防腐蚀材料在光照下的极化曲线，曲线4代表45#碳钢在3％NaCl溶液中的极化曲线；图3为采用阳极氧化法在不同氧化电压下制得的TiO2金属防腐蚀材料在光照下与45#碳钢耦合后在模拟海水腐蚀介质(3％NaCl)中的耦合电流曲线，其中曲线1、2、3分别代表氧化电压为20V、100V、120V下制得的TiO2金属防腐蚀材料；图4为金属防腐蚀原理示意图；图5为电化学测试系统示意图，其中WE表示TiO2薄膜，RE表示参比电极(SCE)，CE表示辅助电极，UV表示紫外光灯，CB表示导带，VB表示价带，5210、M273A为商品化电化学测试系统。具体实施例方式下面的实施例将对本专利技术做进一步的说明，但不能理解为是对本专利技术保护范围的限定。实施例1用工业纯钛片作阳极，在阳极氧化前用4重量％稀HF溶液清洗钛片表面，以除去表面氧化物层，然后以石墨为阴极，阴极面积是阳极面积的2倍，以0.1M NaOH为电解质溶液，在温度为60℃，氧化电压为120V的条件下进行阳极氧化5分钟。氧化过程中用搅拌器搅拌。将制备好的TiO2薄膜用蒸馏水洗涤干净，在室温下烘干即制备得到光电极电位为-730mV的二氧化钛金属防腐蚀材料，该电位低于45#碳钢的光电极电位-700mV。比较例2-3按照实施例1的相同方法制备二氧化钛金属防腐蚀材料，所不同的是所采用的氧化电压分别为20V和100V。实施例2 用工业纯钛片作阳极，在阳极氧化前用2重量％稀HF溶液清洗钛片表面，以除去表面氧化物层，然后以石墨为阴极，阴极面积是阳极面积的3倍，以0.2M NaOH为电解质溶液，在温度为50℃，氧化电压为130V的条件下进行阳极氧化7分钟。氧化过程中用搅拌器搅拌。将制备好的TiO2薄膜用蒸馏水洗涤干净，在室温下烘干即制备得到光电极电位为-740mV的二氧化钛金属防腐蚀材料，该电位低于45#碳钢的光电极电位-700mV。采用电化学测试系统测试制备出的TiO2薄膜对45#碳钢的防腐蚀性能，测试装置如图5，采用由计算机连机的PAR M273A/M5210电化学综合测试系统(EGG公司产品)，测试TiO2薄膜的电化学防腐蚀性能。TiO2薄膜的电化学性能包括两种情况，一是无光照，另一个是有光照。在无光照时，测试极化曲线和交流阻抗谱；在光照情况下，测试薄膜与45#碳钢的耦合电流曲线。电化学测试采用三电极体系TiO2薄膜为工作电极，工作面积8mm×25mm；45#碳钢为辅助电极，工作面积10mm×10mm，非工作表面用环氧树脂封装；饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。实验前用400～1000#水磨砂纸将碳钢的工作面打磨，用蒸馏水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二氧化钛金属防腐蚀材料，其特征在于所述材料包括钛片基体和在该基体上原位形成的有锐钛矿相存在的二氧化钛薄膜，其中所述二氧化钛薄膜的光电极电位低于－７００ｍＶ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖美群，杨建纯，张金涛，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。