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      一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法與流程

      文檔序號:12416123閱讀:520來源:國知局

      本發(fā)明屬于金屬防腐蝕技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法。



      背景技術(shù):

      金屬材料的腐蝕對我們的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生活是一種比較大的破壞因素,它會給我們的社會環(huán)境帶來巨大的社會危害和經(jīng)濟(jì)損失,我們把金屬表面損壞性侵蝕的現(xiàn)象稱作腐蝕。金屬的腐蝕大致可以分為三類:電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕及物理腐蝕。腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失包括兩部分:直接損失和間接損失。因腐蝕而更換損壞的設(shè)備,為防止設(shè)備腐蝕而多次進(jìn)行防護(hù)涂層涂刷,施加陰極保護(hù),采用高耐蝕性的合金鋼代替易腐蝕的碳鋼等的費(fèi)用屬于直接損失。但是間接腐蝕遠(yuǎn)比直接腐蝕的危害要大,例如,發(fā)電廠里邊的鍋爐的一根熱器管子值上千元,然而由于其腐蝕穿孔可能引發(fā)爆炸,給社會環(huán)境和我們的人身安全帶來威脅,其間接損失是不可估量的。

      由于鋼材料的力學(xué)性能好、承載能力強(qiáng)和工業(yè)生產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)而得到大量應(yīng)用,在水利工程設(shè)施中,會有許多鋼鐵閘門和結(jié)構(gòu)埋件等金屬結(jié)構(gòu),由于它們長期在水中工作或在干濕交替的環(huán)境中運(yùn)行,所以會受到各種水質(zhì)、氣體、太陽和微生物的侵蝕,同時會受到水流、泥沙及一些漂浮物的摩擦,并且結(jié)構(gòu)材料本身電化學(xué)性能并不是均勻的,鋼材普遍會發(fā)生不同程度的腐蝕。結(jié)構(gòu)材料的腐蝕會降低結(jié)構(gòu)的承載能力,嚴(yán)重時會威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。近些年隨著水中污染物濃度的增加及空氣中污染的加大,金屬腐蝕的情況在近幾年變得更加嚴(yán)重。

      早期防止金屬腐蝕的方法是靠在金屬表面涂敷保護(hù)層(例如油漆),其可防止金屬與氧化環(huán)境接觸,因而防止金屬被腐蝕。然而,涂層保護(hù)的缺點(diǎn)是長時間后,保護(hù)涂層會從金屬表面脫落下來。防止金屬腐蝕開始的唯一方法是重新涂敷涂層,這是在最佳情況下的比較昂貴的過程:在工廠中汽車組裝前,徹底地涂層汽車零件比重新涂層已組裝的汽車容易的多。但是在其他情況下,比如水利工程中的大型金屬制件,重新涂層處理是不可能的。

      其中防止金屬氧化腐蝕的方法還有就是陰極保護(hù)系統(tǒng),其中,將被保護(hù)的金屬作為閉合回路的陰極。被保護(hù)的金屬物體及陽極連接至電源上,電子從陽極通過電解質(zhì)溶液到達(dá)陰極而形成閉合回路。電子流向金屬結(jié)構(gòu)的陰極,而使電子聚集在金屬結(jié)構(gòu)表面,使金屬表面的電位達(dá)到一致,從而保護(hù)金屬基體不被氧化腐蝕。

      Byrne的發(fā)明(美國專利US3242064)提供了一種陰極保護(hù)系統(tǒng),其中直流電(DC)的脈沖被加于將被保護(hù)的金屬表面,比如船舶的外殼上。通過改變脈沖的負(fù)載循環(huán)以響應(yīng)于包圍船的外殼的水的各種不同的情況。Kipps的發(fā)明(美國專利US3692650)提供了一種可以應(yīng)用到埋入傳導(dǎo)性土壤的井套管和輸油管道及建筑物的浸沒部分的陰極保護(hù)系統(tǒng),該發(fā)明使用短脈沖DC電壓及連續(xù)直流電。

      目前的陰極保護(hù)系統(tǒng)對于浸沒在傳導(dǎo)介質(zhì)中的金屬結(jié)構(gòu)不完全有效,因?yàn)楸槐Wo(hù)結(jié)構(gòu)的形狀的局部變化和在水溶液中氧化物質(zhì)的濃縮,或是腐蝕發(fā)展的局部點(diǎn)被不適當(dāng)?shù)乇Wo(hù),最終都會造成金屬結(jié)構(gòu)的失效。通常陰極保護(hù)系統(tǒng)很少用于保護(hù)金屬結(jié)構(gòu),不過金屬結(jié)構(gòu)浸沒在傳導(dǎo)介質(zhì)中,比如海水或傳導(dǎo)性土壤中是可以的。

      Cowatch(美國專利US4767512)發(fā)明了一種以防止未浸入電解質(zhì)的金屬的腐蝕的方法,此方法是通過將金屬結(jié)構(gòu)處理為電容器的陰極板而施加到金屬物體,其通過耦合于該金屬物體及提供直流脈沖的裝置之間的電容來實(shí)現(xiàn),并且把被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)件及提供直流脈沖的裝置共同接地。在優(yōu)選實(shí)施應(yīng)用中,Cowatch提供一裝置,其中5000至6000伏特的DC電壓施加于通過電介質(zhì)從金屬物體分開的電容器的陽極板,小的、高頻率脈沖的DC電壓被疊加到穩(wěn)定DC電壓上。Cowatch指出電介質(zhì)材料的擊穿電壓大約為10KV。我們知道高壓施于暴露人類和動物可能與金屬結(jié)構(gòu)件或電容耦合的任何其它部分接觸的部分,都會有危險(xiǎn)性,此發(fā)明的最大限制為能量輸出的限制。

      Cowatch還發(fā)明一用于獲得脈沖DC電壓的兩級裝置,第一階段提供較高電壓AC及較低電壓AC的輸出,在第二階段中,該兩個AC電壓被校正以提供具有重疊DC脈沖的高電壓DC。Cowatch使用至少兩個變壓器,其中一個是推/拉飽和鐵芯變壓器。因使用變壓器,該發(fā)明相關(guān)的能量損失是高的。不過根據(jù)Cowatch揭示的值,其效率是低于10%的,較高的熱量使得同時需要好的散熱方法。另外,該發(fā)明需要用于在不使用持續(xù)期間關(guān)閉該裝置的分離裝置以防止電池放電。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供了一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法,調(diào)控溶液的腐蝕特性,通過改變在溶液中的強(qiáng)電解質(zhì)的濃度以改變?nèi)芤旱碾妼?dǎo)率,來調(diào)整溶液的腐蝕特性。

      本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的:

      一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法,具體步驟如下:

      (1)向水工鋼結(jié)構(gòu)件所處的溶液中添加強(qiáng)電解質(zhì),直至水溶液的電導(dǎo)率大于20000μS/cm,再將被保護(hù)的水工鋼結(jié)構(gòu)件與鈦陽極通過導(dǎo)線連接形成閉合回路,水工鋼結(jié)構(gòu)件和鈦陽極均浸沒在溶液中;

      (2)極化一段時間,使水工鋼結(jié)構(gòu)件的表面電勢保持一致,再測量水工鋼結(jié)構(gòu)件的電位;

      (3)如果水工鋼結(jié)構(gòu)件的表面電位低于-0.85V,則表明水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕被抑制,處于被保護(hù)的狀態(tài);如果水工鋼結(jié)構(gòu)件的表面電位高于-0.85V,則重復(fù)步驟(1)-(2),直至水工鋼結(jié)構(gòu)件的表面電位低于-0.85V;

      所述強(qiáng)電解質(zhì)為強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽。

      所述水溶液的電導(dǎo)率等于25000μS/cm。

      所述強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽為硫酸鈉、氯化鈉、氯化鎂或硫酸鉀。

      所述極化時間大于或等于24小時。

      一些影響浸沒水工鋼結(jié)構(gòu)與鈦陽極的相關(guān)問題是由溶液中的污染引起的,如果溶液污染嚴(yán)重會導(dǎo)致溶液的電導(dǎo)率降低,陰極保護(hù)系統(tǒng)如果不相應(yīng)改變條件就會失效。本發(fā)明的目的就是提出在電導(dǎo)率為多大的情況下,以鈦為陽極為水工鋼結(jié)構(gòu)件提供防腐蝕保護(hù)。另外,本發(fā)明不會把人類和動物暴露于高壓的危險(xiǎn)中。

      采用本發(fā)明提供的抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法可以防止金屬繼續(xù)被氧化、腐蝕,并且可進(jìn)一步通過調(diào)整金屬所處的反應(yīng)溶液的電導(dǎo)率來改變?nèi)芤旱母g特性,減緩金屬腐蝕的傾向。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

      其中,1是水工鋼結(jié)構(gòu)件;2是鈦陽極;3是導(dǎo)線。

      具體實(shí)施方式

      在測量水工鋼結(jié)構(gòu)件的表面電位時所使用的參比電極為飽和硫酸銅。

      實(shí)施例1:

      一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法,具體步驟如下:

      (1)向水工鋼結(jié)構(gòu)件所處的溶液中添加強(qiáng)電解質(zhì),直至水溶液的電導(dǎo)率大于20000μS/cm,再將被保護(hù)的水工鋼結(jié)構(gòu)件1與鈦陽極2通過導(dǎo)線3連接形成閉合回路,水工鋼結(jié)構(gòu)件1和鈦陽極2均浸沒在溶液中;

      (2)極化一段時間,使水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電勢保持一致,再測量水工鋼結(jié)構(gòu)件1的電位;

      (3)如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V,則表明水工鋼結(jié)構(gòu)件1的腐蝕被抑制,處于被保護(hù)的狀態(tài);如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位高于-0.85V,則重復(fù)步驟(1)-(2),直至水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V;

      強(qiáng)電解質(zhì)為強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽。

      水溶液的電導(dǎo)率等于25000μS/cm。

      強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽為硫酸鈉、氯化鈉、氯化鎂或硫酸鉀。

      極化時間大于或等于24小時。

      實(shí)施例2:

      一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法,具體步驟如下:

      (1)向水工鋼結(jié)構(gòu)件所處的溶液中添加硫酸鈉,直至水溶液的電導(dǎo)率等于20000μS/cm,再將被保護(hù)的水工鋼結(jié)構(gòu)件1與鈦陽極2通過導(dǎo)線3連接形成閉合回路,水工鋼結(jié)構(gòu)件1和鈦陽極2均浸沒在溶液中;

      (2)極化24小時,使水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電勢保持一致,再測量水工鋼結(jié)構(gòu)件1的電位;

      (3)如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V,則表明水工鋼結(jié)構(gòu)件1的腐蝕被抑制,處于被保護(hù)的狀態(tài);如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位高于-0.85V,則重復(fù)步驟(1)-(2),直至水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V。

      實(shí)施例3:

      一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法,具體步驟如下:

      (1)向水工鋼結(jié)構(gòu)件所處的溶液中添加氯化鈉,直至水溶液的電導(dǎo)率等于22000μS/cm,再將被保護(hù)的水工鋼結(jié)構(gòu)件1與鈦陽極2通過導(dǎo)線3連接形成閉合回路,水工鋼結(jié)構(gòu)件1和鈦陽極2均浸沒在溶液中;

      (2)極化32小時,使水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電勢保持一致,再測量水工鋼結(jié)構(gòu)件1的電位;

      (3)如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V,則表明水工鋼結(jié)構(gòu)件1的腐蝕被抑制,處于被保護(hù)的狀態(tài);如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位高于-0.85V,則重復(fù)步驟(1)-(2),直至水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V。

      實(shí)施例4:

      一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法,具體步驟如下:

      (1)向水工鋼結(jié)構(gòu)件所處的溶液中添加硫酸鉀,直至水溶液的電導(dǎo)率等于25000μS/cm,再將被保護(hù)的水工鋼結(jié)構(gòu)件1與鈦陽極2通過導(dǎo)線3連接形成閉合回路,水工鋼結(jié)構(gòu)件1和鈦陽極2均浸沒在溶液中;

      (2)極化40小時,使水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電勢保持一致,再測量水工鋼結(jié)構(gòu)件1的電位;

      (3)如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V,則表明水工鋼結(jié)構(gòu)件1的腐蝕被抑制,處于被保護(hù)的狀態(tài);如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位高于-0.85V,則重復(fù)步驟(1)-(2),直至水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V。

      實(shí)施例5:

      一種采用強(qiáng)電解質(zhì)溶液抑制水工鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕的方法,具體步驟如下:

      (1)向水工鋼結(jié)構(gòu)件所處的溶液中添加氯化鎂,直至水溶液的電導(dǎo)率等于25000μS/cm,再將被保護(hù)的水工鋼結(jié)構(gòu)件1與鈦陽極2通過導(dǎo)線3連接形成閉合回路,水工鋼結(jié)構(gòu)件1和鈦陽極2均浸沒在溶液中;

      (2)極化48小時,使水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電勢保持一致,再測量水工鋼結(jié)構(gòu)件1的電位;

      (3)如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V,則表明水工鋼結(jié)構(gòu)件1的腐蝕被抑制,處于被保護(hù)的狀態(tài);如果水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位高于-0.85V,則重復(fù)步驟(1)-(2),直至水工鋼結(jié)構(gòu)件1的表面電位低于-0.85V。

      以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下,還可以作出若干改變和改進(jìn),這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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