[发明专利]一种廉价高可见光活性的光电化学防腐涂料及涂层工艺

说明书

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。

技术领域：

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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。