碳材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用

熊凌燕沈陽(yáng)師范大學(xué)

碳材料在金屬防腐蝕中的應(yīng)用

熊凌燕
沈陽(yáng)師范大學(xué)

碳材料是一個(gè)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(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中，石墨和金剛石對(duì)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。基于這樣的背景之下，本文對(duì)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(shí)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(zhǎng)期的使用過(guò)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(guó)是工業(yè)大國(guó)，金屬材料在我國(guó)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(jì)數(shù)據(jù)顯示，在發(fā)達(dá)國(guó)家，金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失占到了國(guó)民生產(chǎn)總值的1%-4%，而在我國(guó)，由于對(duì)金屬腐蝕的認(rèn)識(shí)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(guò)采取有效的防腐蝕技術(shù)來(lái)避免的。所以，加強(qiáng)對(duì)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(shí)意義。

一、石墨、類金剛石的應(yīng)用

長(zhǎng)期以來(lái)，人們采取了不同的技術(shù)手段對(duì)金屬進(jìn)行防腐蝕處理。其中，由于碳材料價(jià)格低廉、化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都相對(duì)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(duì)穩(wěn)定，一般情況下，石墨在400℃以上才能進(jìn)行熔化，同時(shí)不受酸堿鹽的腐蝕，是非常理想的防腐蝕材料。在用石墨對(duì)金屬進(jìn)行防腐蝕處理的時(shí)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(duì)金屬進(jìn)行最直接的防腐蝕處理。同時(shí)還可以將石墨處理成石墨顆粒的形式來(lái)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(huì)明顯降低，同時(shí)也說(shuō)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(shí)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(lái)，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(gè)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(guò)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(guò)清理過(guò)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(cè)量數(shù)據(jù)顯示，將碳納米管加入氟碳乳液當(dāng)中過(guò)后，金屬表面涂層的電位就會(huì)出現(xiàn)明顯的正值位移，同時(shí)還具備了較低的腐蝕電流。同時(shí)添加少量的碳納米管到氟碳乳液當(dāng)中，可以對(duì)金屬涂層的抗阻進(jìn)行大幅度的提高。

同時(shí)在水性無(wú)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(wú)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(diǎn)，可以在最大程度上增強(qiáng)涂料的韌性和強(qiáng)度。同時(shí)，在對(duì)進(jìn)行金屬涂抹的時(shí)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(huì)受到劇烈的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)這種特點(diǎn)，石墨烯的運(yùn)用范圍逐漸廣泛起來(lái)，并在相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，開(kāi)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(duì)于金屬的防腐蝕作用，主要體現(xiàn)在對(duì)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(guò)程中，有較多的方法對(duì)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(guò)程中是十分常見(jiàn)的。成膜方法的主要技術(shù)要點(diǎn)就是在各個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元的相互作用之下，形成相對(duì)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(guò)組裝的方法在PEI上形成具有氧化特點(diǎn)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(duì)金屬的氧化降到最低，同時(shí)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(duì)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(huì)相應(yīng)的降低。

（二）直接噴涂法

對(duì)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(jí)別，然后用水溶劑將納米級(jí)別的石墨烯進(jìn)行稀釋，將納米級(jí)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(cè)試工作，經(jīng)過(guò)對(duì)比可以得出，噴涂了納米級(jí)別石墨烯材料的金屬具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。同時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)試還可以得出，對(duì)金屬基底層采取不同的噴涂方法也會(huì)在一定程度上影響金屬的抗腐蝕能力。比如對(duì)相同的金屬采取了不同的石墨烯噴涂的方式，經(jīng)過(guò)測(cè)試得出，兩個(gè)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(duì)金屬基底層進(jìn)行噴涂的時(shí)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(yǔ)

根據(jù)上面的論述可以得出，碳材料價(jià)格低廉、化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都相對(duì)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(lái)重要的金屬防腐蝕涂料。國(guó)家要加大對(duì)這項(xiàng)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(kāi)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(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院14級(jí)化學(xué)師范專業(yè)在讀本科生。