碳材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用

熊凌燕沈陽師范大學(xué)

碳材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用

熊凌燕
沈陽師范大學(xué)

碳材料是一個廣泛的概念，比如自然界當(dāng)中的石墨和金剛石都是由碳分子組成的，在實際的運(yùn)用當(dāng)中，石墨和金剛石對金屬的防腐蝕有著十分有效的效果，可以大幅度提高金屬的使用壽命?；谶@樣的背景之下，本文對碳材料在金屬防腐蝕當(dāng)中的運(yùn)用進(jìn)行了具體的分析，以此提高金屬的使用壽命，減少生產(chǎn)成本的投入，實現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。

碳材料；金屬；防腐；應(yīng)用

金屬材料在長期的使用過程中，由于周圍環(huán)境的變化，再加上相關(guān)的物理變化和化學(xué)變化，影響了金屬材料正常的使用功能，這樣的情況就是金屬的腐蝕。我國是工業(yè)大國，金屬材料在我國工業(yè)的發(fā)展當(dāng)中有著十分重要的作用。根據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在發(fā)達(dá)國家，金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失占到了國民生產(chǎn)總值的1%-4%，而在我國，由于對金屬腐蝕的認(rèn)識不夠。每年金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)300億以上，這其中的25%是可以通過采取有效的防腐蝕技術(shù)來避免的。所以，加強(qiáng)對金屬的防腐蝕處理，有著十分重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實意義。

一、石墨、類金剛石的應(yīng)用

長期以來，人們采取了不同的技術(shù)手段對金屬進(jìn)行防腐蝕處理。其中，由于碳材料價格低廉、化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都相對穩(wěn)定。所以，碳材料在金屬防腐蝕當(dāng)中被廣泛運(yùn)用。

石墨和類金剛石就具有很好的代表性。石墨的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都相對穩(wěn)定，一般情況下，石墨在400℃以上才能進(jìn)行熔化，同時不受酸堿鹽的腐蝕，是非常理想的防腐蝕材料。在用石墨對金屬進(jìn)行防腐蝕處理的時候，一般情況下是將石墨以涂料的方式涂抹到金屬上，這是對金屬進(jìn)行最直接的防腐蝕處理。同時還可以將石墨處理成石墨顆粒的形式來進(jìn)行金屬的防腐蝕處理。隨著石墨顆粒附著在金屬之上，金屬的自腐蝕電流就會明顯降低，同時也說明了材料的腐蝕速率有了很大的降低。所以，盡管將石墨附著在金屬之上降低了腐蝕的電位，但同時也在一定程度上降低了腐蝕的電流，所以在最大程度上提高了金屬的抗腐蝕能力。

二、碳納米管的應(yīng)用

近年以來，由于納米技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，納米技術(shù)被運(yùn)用于多個生產(chǎn)領(lǐng)域，在金屬防腐蝕技術(shù)當(dāng)中采用碳納米管的方式，可以取得最佳的防腐蝕效果。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)，碳納米管一般是通過超聲波分散的技術(shù)制備出有關(guān)碳納米管的復(fù)合型涂料，將金屬的表面經(jīng)過清理過后，就可以將碳納米管的復(fù)合型涂料涂抹在金屬表面。根據(jù)相關(guān)的測量數(shù)據(jù)顯示，將碳納米管加入氟碳乳液當(dāng)中過后，金屬表面涂層的電位就會出現(xiàn)明顯的正值位移，同時還具備了較低的腐蝕電流。同時添加少量的碳納米管到氟碳乳液當(dāng)中，可以對金屬涂層的抗阻進(jìn)行大幅度的提高。

同時在水性無機(jī)硅酸鹽的涂料當(dāng)中加入適量的碳納米管，制成有機(jī)無機(jī)復(fù)合型的涂料，這種涂料在最大的程度上提高了涂層的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。借助這種復(fù)合型涂料的的優(yōu)點，可以在最大程度上增強(qiáng)涂料的韌性和強(qiáng)度。同時，在對進(jìn)行金屬涂抹的時候，適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)力度和導(dǎo)電性能優(yōu)異的碳納米管，就可以使復(fù)合型涂料在保持一定韌度和強(qiáng)度的基礎(chǔ)之上，大大提高金屬防腐蝕涂層的耐腐蝕性能。

三、石墨烯的應(yīng)用

石墨烯的化學(xué)性質(zhì)比較懶惰，可以保證金屬防腐蝕基礎(chǔ)涂層不會受到劇烈的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)這種特點，石墨烯的運(yùn)用范圍逐漸廣泛起來，并在相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，開發(fā)出了具有較強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性的新興材料。石墨烯對于金屬的防腐蝕作用，主要體現(xiàn)在對金屬涂抹的沉積層形成良好的保護(hù)作用，使金屬的基層與空氣隔絕，避免金屬表面在空氣當(dāng)中發(fā)生氧化反應(yīng)。在石墨烯的運(yùn)用過程中，有較多的方法對金屬的防腐蝕進(jìn)行涂抹處理。

（一）成膜方法

成膜方法在金屬防腐蝕涂料的涂抹過程中是十分常見的。成膜方法的主要技術(shù)要點就是在各個基本結(jié)構(gòu)單元的相互作用之下，形成相對穩(wěn)定的、具有一定形態(tài)的外觀結(jié)構(gòu)。成膜方法的主要工藝流程是：首先通過組裝的方法在PEI上形成具有氧化特點的石墨烯膜層，然后在此基礎(chǔ)之上組裝雙層的、具有較強(qiáng)阻隔性能的復(fù)合膜。這種雙層的復(fù)合膜具有很強(qiáng)的抗氧性，可以將氧氣對金屬的氧化降到最低，同時還在最大程度上提高了金屬的透光率。PEI上所帶有的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)和石墨烯所帶有的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)，是它們能夠進(jìn)行組裝成膜并發(fā)揮出作用的關(guān)鍵。對以上的流程進(jìn)行重復(fù)，就可以組裝成多層的復(fù)合膜，隨著膜層數(shù)的增加，金屬的透光率就會相應(yīng)的降低。

（二）直接噴涂法

對金屬進(jìn)行直接噴涂的工藝流程是：將石墨烯加工成納米級別，然后用水溶劑將納米級別的石墨烯進(jìn)行稀釋，將納米級別的石墨烯稀釋完成之后，就可以噴涂到金屬的基底層。這一步驟噴涂完成之后，將金屬放在富含氧氣或者是富含腐蝕氣體的環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行相關(guān)的測試工作，經(jīng)過對比可以得出，噴涂了納米級別石墨烯材料的金屬具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。同時經(jīng)過測試還可以得出，對金屬基底層采取不同的噴涂方法也會在一定程度上影響金屬的抗腐蝕能力。比如對相同的金屬采取了不同的石墨烯噴涂的方式，經(jīng)過測試得出，兩個金屬的氧化峰值和還原峰值有明顯的不同。所以，在使用石墨烯對金屬基底層進(jìn)行噴涂的時候，要改善噴涂的工藝，使石墨烯涂層噴涂的更加均勻和連續(xù)。

結(jié)束語

根據(jù)上面的論述可以得出，碳材料價格低廉、化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都相對穩(wěn)定，所以，碳材料在金屬防腐蝕當(dāng)中被廣泛運(yùn)用，是未來重要的金屬防腐蝕涂料。國家要加大對這項技術(shù)的政策、資金扶持力度，根據(jù)金屬材料和碳材料現(xiàn)有的發(fā)展情況，深入開展相關(guān)的研究工作，使碳材料的使用范圍更加廣泛，使用技術(shù)更加科學(xué)合理，有力加強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力。

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熊凌燕（1996-）,女，漢族,遼寧大連人,沈陽師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院14級化學(xué)師范專業(yè)在讀本科生。