光電材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用

駱昌遠(yuǎn)

（沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110000）

光電材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用

駱昌遠(yuǎn)

（沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110000）

金屬腐蝕問(wèn)題一直以來(lái)是困擾我們的大問(wèn)題。近年來(lái)，光電材料憑借其壽命長(zhǎng)、無(wú)毒環(huán)保等優(yōu)勢(shì)在金屬防腐的應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。光電材料通過(guò)電子-空穴方法替代從前犧牲陽(yáng)極的防腐蝕方法，電子與空穴的分離是為了電子能夠快速達(dá)到陰極碳的位置，促成碳鋼電位降低，空氣中的水蒸氣或有機(jī)氣體是被空穴氧化，伴隨碳鋼電位降低所耗用的是光電材料周?chē)乃?、有機(jī)氣體等而不是光電材料本身。主要對(duì)光電材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以供同行借鑒。

光電材料；金屬防腐蝕；應(yīng)用

金屬設(shè)備以及金屬元件一般暴露在空氣之中，其表面會(huì)因?yàn)闇夭疃粩嘈纬伤?，?dāng)水膜中的溶解氧積累到一定程度時(shí)，水膜與金屬發(fā)生腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致大氣腐蝕。傳統(tǒng)的金屬腐蝕方法以犧牲陽(yáng)極為代價(jià)，采用活性金屬，如鋅塊作為負(fù)極的氧化反應(yīng)，減少或減緩金屬的腐蝕。

防腐涂料也是以鋅和鋅合金為原料，利用犧牲陽(yáng)極來(lái)保護(hù)金屬，此外，潤(rùn)濕和干燥循環(huán)被用來(lái)模擬大氣環(huán)境的涂層。采用電化學(xué)和表面分析技術(shù)研究了涂層的耐蝕性和機(jī)理。

1 光電材料在金屬防腐蝕中的研究過(guò)程

20世紀(jì)初，人們對(duì)大氣防腐問(wèn)題開(kāi)始關(guān)注并開(kāi)始實(shí)施探索，有關(guān)材料的大氣腐蝕試驗(yàn)在美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM）開(kāi)始實(shí)施。日本的地理位置為大氣腐蝕這一領(lǐng)域的研究提供適應(yīng)的氣候條件。2004年第13屆亞太腐蝕控制會(huì)議（APCCC）在島國(guó)召開(kāi)，會(huì)議期間討論了多種有關(guān)大氣腐蝕方面的議題。其中有談到關(guān)于電化學(xué)阻抗遙感檢測(cè)耐候鋼的大氣腐蝕的問(wèn)題。

光電材料可以起到降低碳鋼腐蝕電位的作用，光電材料本身的導(dǎo)帶位置必須高于碳鋼。這樣才會(huì)減緩對(duì)碳鋼腐蝕。目前正在以及未來(lái)會(huì)用到防腐上的光電材料包括SnO2、CdS、WO3、TiO2、SrTiO3、Zn3In2S4、In2O3、Cu2O等等。

Moucheng Li和其他的方法被用來(lái)在陽(yáng)極氧化鈦箔稀堿溶液制備TiO2薄膜，并在紫外光照射下碳鋼的電位下降，TiO2薄膜的制備在120mV電壓耐腐蝕性能是最好的，但是在黑暗環(huán)境下的TiO2薄膜對(duì)碳鋼的腐蝕增強(qiáng)，所以說(shuō)TiO2薄膜不能在黑暗中抗腐蝕，因此要探索一種無(wú)論白天或黑夜，用二氧化鈦可以與其他半導(dǎo)體或金屬，或其他方法相結(jié)合，使其能夠發(fā)揮對(duì)金屬的保護(hù)作用。Raghavan等。研究了不同比例的SnO2和TiO2的復(fù)合物對(duì)銅和銅的耐腐蝕性能，認(rèn)為當(dāng)質(zhì)量比為1∶1時(shí)，保護(hù)能力最強(qiáng)，而TiO2將其多余的電子表面轉(zhuǎn)移到SnO2的表面，在黑暗中釋放電子，SnO2的禁帶寬度比TiO2寬，但導(dǎo)帶小于TiO2，所以導(dǎo)電性好，有利于電子的傳輸。

WO3具有存儲(chǔ)電子的能力，但不能直接保護(hù)金屬與WO3，Pailin將與TiO2結(jié)合研究的TiO2光催化系統(tǒng)的充放電行為，結(jié)果表明，當(dāng)光照強(qiáng)度是<< 10mwcm-2（相對(duì)濕度控制在50%）在空氣中，該系統(tǒng)的充電率（TiO2的電子轉(zhuǎn)移到WO3的能力）隨著光照強(qiáng)度的增加而增加，而> 10mWcm-2影響不大；此外，充電率隨大氣濕度的增加（10mWcm-2）。

以WO3的存儲(chǔ)容量，Tetsu Tatsuma等研究了鍍層的電化學(xué)腐蝕TiO2-WO3。發(fā)現(xiàn)涂上一層WO3的開(kāi)路電壓5h光TiO2電極增加但仍在腐蝕（腐蝕電壓電壓低于-0.1V，光-0.45V，暗-0.21V，相對(duì)于Ag/AgCl參比電極）并保持30h，當(dāng)涂?jī)蓪覹O3，在黑暗可以保持在60h?？梢钥闯?，WO3的存儲(chǔ)容量有利于金屬的耐腐蝕性，可應(yīng)用于大氣腐蝕防護(hù)（由于其正導(dǎo)帶必須與其他半導(dǎo)體相結(jié)合）。

與TiO2納米顆粒相比，TiO2納米管陣列更有序、有序，與其他半導(dǎo)體相比，在電子顯微鏡下易于觀(guān)察，它可以應(yīng)用于納米管的耐腐蝕性，與TiO2納米粒子相比，納米管可以更有效地提供表面活性中心，從而提高表面電荷和傳輸速率的最大量子產(chǎn)率。李靖等人對(duì)復(fù)合CdS在TiO2納米管陣列上的不銹鋼保護(hù)進(jìn)行研究。這是發(fā)現(xiàn)304不銹鋼和CDS TNS實(shí)測(cè)極化電壓（TiO2）偶聯(lián)得到測(cè)的極化電壓比未偶聯(lián)的明顯更負(fù)（-460～-315mV）。涂CD TNS的304不銹鋼的腐蝕電位都低于自腐蝕電位，和光吸收波長(zhǎng)紅移，在可見(jiàn)光區(qū)的吸收。經(jīng)紫外線(xiàn)照射（360nm處），光照1h可以起到保護(hù)2h作用，雖然電壓增加，仍低于304不銹鋼的腐蝕電位。紫外-可見(jiàn)光譜和CD TNS TNS表明他們都有很強(qiáng)的吸收在紫外區(qū)域，后者在可見(jiàn)光區(qū)有明顯的吸收，因此，筆者采用白光和CD TNS 304不銹鋼避光1h后發(fā)現(xiàn)電壓只有輕微的增加可以保護(hù)超過(guò)19h多。可以看出，CDS TNS具有更好的電子存儲(chǔ)容量的白光。其原因是在紫外光照射下得到的電子空穴對(duì)具有較大的能量，在光斷后很容易被組合和失活。

在TNS系統(tǒng)中，CdS在系統(tǒng)中起著重要的作用，整個(gè)系統(tǒng)由于其禁帶寬度2.4eV，這增加了系統(tǒng)的吸收波長(zhǎng)從紫外線(xiàn)到可見(jiàn)光范圍，它可以有效地降低電子空穴復(fù)合，尤其是在中性條件下，CdS的導(dǎo)帶位置遠(yuǎn)低于304不銹鋼，但CDS本身不穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境造成兩次污染。

2 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的能源和技術(shù)不斷被開(kāi)發(fā)，相信在未來(lái)的發(fā)展中，可以找到一種類(lèi)似窄帶隙的CdS光電材料，而且不會(huì)造成二次污染。

[1] 孫愷，汲生榮，許文帥，等.光電材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用[J].綠色科技，2012，（12）：248-249.

[2] 武朋飛，李謀成，肖美群，等.TiO_2薄膜的光電效應(yīng)在金屬防腐蝕中的應(yīng)用[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2005，（02）：104-106.

[3] 路晨，王海人，屈鈞娥，等.碳材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2014，（03）：254-258.

Application of Photoelectric Materials in Metal Corrosion Protection

Luo Chang-yuan

Metal corrosion has always been a big problem that has plagued us.In recent years，optoelectronic materials with its long life，non-toxic environmental protection and other advantages in the application of metal corrosion play an increasingly important role.Optoelectronic materials by electronic-hole method to replace the previous sacrif i cial anode anti-corrosion method，the separation of electrons and holes is to electrons can quickly reach the location of the cathode carbon，carbon steel potential to promote the reduction of air in the water vapor or organic gas is Hole oxidation，with carbon steel potential reduction is consumed by the photoelectric material around the water，organic gases and so on rather than optoelectronic material itself.In this paper，the application of optoelectronic materials in metal corrosion prevention is discussed for peer reference.

optoelectronic materials；metal corrosion protection；application

TG174.44

B

1003–6490（2017）03–0050–02