[发明专利]一种铜基金属抗生物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜基金属抗生物涂层，包括铜基合金丝，所述铜基合金丝包括以下重量组分：铜50～78％、锌18～45％、铅1.3～2.5％、锡0.2～1.9％、铝0.2～2.6％、镍0.2～1.3％、二氧化锆0.1～3.3％、氧化铜0.1～0.8％。还包括制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：S1：铜基合金丝的预处理；S2：待防护表面预处理；S3：对待防护表面进行打磨；S4：喷涂。本发明涂层耐磨性好，抗生物附着性好，防腐性能优越，性能稳定；不同于属于同类型的TBT及毒性材料涂层抗生物附着技术，属于环境友好型技术，对海洋环境影响极小。

技术领域

本发明属于金属涂层技术领域，具体涉及一种铜基金属抗生物涂层及其制备方法。

背景技术

随着陆地资源，包括矿产、土地、生物等的日益枯竭，海洋及海岸也正成为各国争相开发资源、能源的目光聚集之地。海洋装备如潜艇、舰船、海上平台等，是人类探索并开发广阔海洋不可或缺的工具，因而其发展直接促进着各国航海运输和海军力量的发展。海洋环境十分复杂多变，这严重影响着海洋装备的性能发挥，其中海洋生物污损所带来的危害尤为突出。生物污损实际上是生物群落在海洋装备材料表面的形成过程，该过程中首先发生的是多糖、脂类和蛋白质分子等有机物的富集，随后是细菌和藻类等微生物在富集有机物周围的附着生长。这些附着的微生物为了进一步提高自身与材料表面的附着力，以及与正在发展着的生物膜中其他生物间的粘着能力，会继续分泌更多新的胞外多聚物，继而形成一层由水、有机物、微生物及其胞外代谢多聚物组成的生物膜。生物膜的形成会促使藤壶、牡蛎、贻贝和大型海藻等污损生物在海洋装备表面附着、生长，最终形成复杂的污损生物生态群落。

生物污损的发生会对海洋环境中服役的设备造成非常严重的影响，主要体现在以下几个方面：

(1)附着性污损生物附着在海洋装备(如船体)表面，当附着量达到一定程度时，聚集的海洋附着生物会影响船体外形流畅程度，大大增加了船舶航行时的阻力，继而导致船舶航行速度下降，燃料损耗剧增。大量的油耗，一方面增加了航运作业的成本，据估算，每年仅用于全球船舶防污及美观工艺的花费就有约7亿美元；另一方面又加大了废气的排放量，造成大气的污染。海洋污损生物的繁殖与生长速度，在一些水温适宜、水体富营养化的海域会变得极快。仅仅在这样的码头停泊数天，船舶的螺旋桨、船身表面就会长满藤壶、贝类、海藻等污损生物，严重时甚至需要经过人工清理后舰船才能起动。这既拖延了航行任务，也造成巨大人力、物力的浪费。

(2)海洋装备被生物附着后，可能会改变舰船壳体金属的表面特性，加速金属的腐蚀。被污着生物大量附着后，船体表面会出现局部应力集中现象，致使表面的防污涂层出现微小的裂纹。在海水这种良好电解质溶液环境中，裂纹周围会形成原电池。原电池的形成即意味着电化学反应的发生，这会加速金属腐蚀，改变腐蚀过程，最终导致局部腐蚀加剧，乃至穿孔腐蚀。

(3)潮汐过程中的海水含有大量的藻类植物、贝壳类生物，这些海生物容易吸附在海洋设备发电机组部件表面。其中，藻类植物通过光合作用产生氧气，使附近水体含氧量增加，贝壳类生物呼吸作用产生的二氧化碳及动植物腐化后的分解产物会增加附近水体的酸性，有些海生物甚至会破坏设备表面的保护涂层，这些情况都会引起金属部件发生腐蚀，缩短发电机组的使用寿命。此外，海生物的大量吸附还会影响水体流量和机组散热，降低发电设备的运行性能和稳定性。

因此，随着对海洋装备的续航和灵活性要求的日益增加，在动力和能源受限的情况下，如何提高海洋装备抗海洋生物附着性、防腐蚀性，提高设备服役寿命，降低航行功耗，缩短维修周期，已成为当前海洋军事发展亟待解决的问题。

针对以上提到的问题，本发明旨在利用铜基金属抗生物涂层技术对金属表面进行防护，有效防腐蚀的同时阻止海洋生物附着。提高海洋装备抗海洋生物附着性、防腐蚀性，提高设备服役寿命，降低航行功耗，缩短维修周期。

同时经过测试，本发明中的铜基金属抗生物涂层，对环境影响远低于同类型金属涂层抗生物附着技术。

发明内容