結(jié)構(gòu)。
[0088]組裝摩擦發(fā)電機(jī)前，可以先利用等離子體刻蝕Kapton薄膜的方法在其表面構(gòu)筑一層Kapton納米線陣列增加表面粗糙度。在發(fā)電機(jī)工作時(shí)，將兩個(gè)圓盤(pán)狀部件固定，兩個(gè)部件在外力的驅(qū)動(dòng)下相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)。由于Kapton與鋁箔對(duì)電荷的吸引程度不同，兩種材料在相互摩擦的瞬間，在摩擦面上負(fù)電荷從摩擦電序中極性較正的材料表面轉(zhuǎn)移至摩擦電序中極性較負(fù)的材料表面。在外力的作用下，當(dāng)兩個(gè)部件分離錯(cuò)位時(shí)，由于表面電荷的分離導(dǎo)致形成電勢(shì)差，此時(shí)第二部件的電位高于第一部件，在外電路接通的情況下，電子將會(huì)從第一部件流向第二部件，產(chǎn)生一個(gè)從鋁箔(電極層)到Cu電極層的電流脈沖信號(hào)，此過(guò)程持續(xù)到兩個(gè)部件完全分離，當(dāng)兩個(gè)部件完全分離時(shí)，兩導(dǎo)電層沒(méi)有電勢(shì)差從而無(wú)電子流動(dòng)。
[0089]第二部件在外力作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，則兩部件從完全分離狀態(tài)慢慢恢復(fù)重合狀態(tài)，此過(guò)程剛好與兩部件從重合到分離的狀態(tài)相反，兩部件的電勢(shì)差將會(huì)隨著重合面積的增加而逐漸地減小，產(chǎn)生一個(gè)相反方向的電流脈沖，因此整個(gè)過(guò)程將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完整的交流脈沖信號(hào)，當(dāng)兩個(gè)部件周期性地相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生相應(yīng)頻率的交流電信號(hào)。
[0090]圖6是應(yīng)用本實(shí)施例的金屬腐蝕防護(hù)方法的腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括，發(fā)電部件1，與發(fā)電部件1連接的電流轉(zhuǎn)換單元2，電流轉(zhuǎn)換單元2的輸出端正極連接對(duì)電極3，負(fù)極連接需要防護(hù)的金屬4。其中，發(fā)電部件1用于吸收機(jī)械外力或者太陽(yáng)能產(chǎn)生電信號(hào)，電流轉(zhuǎn)換單元2用于將發(fā)電部件1產(chǎn)生的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘?hào)，對(duì)電極3置于腐蝕介質(zhì)中，用于與需要防護(hù)的金屬4形成回路。為了測(cè)量金屬陰極極化電位，該系統(tǒng)中還可以包括參比電極，形成一個(gè)金屬、對(duì)電極和參比電極的三電極體系。
[0091]所述電流轉(zhuǎn)換單元2為可以將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘?hào)的元件，可以為整流元件，例如整流橋等；也可以為儲(chǔ)能元件，例如鋰離子電池等。
[0092]發(fā)電部件可以采用上述摩擦發(fā)電機(jī)、壓電式發(fā)電機(jī)和/或太陽(yáng)能電池。以發(fā)電部件采用摩擦發(fā)電機(jī)為例，摩擦發(fā)電機(jī)采用上述的兩個(gè)部件相互轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速計(jì)用來(lái)記錄旋轉(zhuǎn)速度。第二部件的圓盤(pán)固定不動(dòng)，第一部件與第二部件共軸相對(duì)緊挨，由馬達(dá)帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，從而和第二部件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦。摩擦發(fā)電機(jī)1的輸出電流通過(guò)整流橋進(jìn)行整流，使其電流輸出為直流，403不銹鋼片作為被保護(hù)的金屬，含有NaCl的水溶液作為模擬海水的腐蝕溶液，整個(gè)電化學(xué)腐蝕與測(cè)試采用三電極體系，403不銹鋼為工作電極，鉬片電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極。參比電極與對(duì)電極置于同一個(gè)腐蝕溶液中，與工作電極之間通過(guò)鹽橋連接，通過(guò)測(cè)量所述金屬的陰極極化電位，可以獲得金屬腐蝕過(guò)程中的電化學(xué)狀態(tài)，所述陰極極化電位為所述金屬與參比電極之間的電位。在轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的帶動(dòng)下，摩擦發(fā)電機(jī)開(kāi)始工作，403不銹鋼接在整流橋輸出端的負(fù)極，靜電計(jì)和電化學(xué)工作站實(shí)時(shí)記錄體系的輸出功率和不銹鋼電極的陰極極化電位。
[0093]參比電極可以為銀-氯化銀、飽和甘汞電極等常用的電化學(xué)參比電極，不同的參比電極，具有不同的參比電位。
[0094]為了檢驗(yàn)本發(fā)明的方法，對(duì)403不銹鋼在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要通過(guò)砂紙進(jìn)行打磨以及進(jìn)一步的拋光處理。具體過(guò)程為:將不銹鋼分別用400、600、800、1000和1200目的砂紙進(jìn)行逐級(jí)拋光，每次拋光完后用去離子水進(jìn)行超聲清洗。接著，用0.3目的A1203拋光粉進(jìn)行拋光，最后，將拋光過(guò)后的不銹鋼分別置入無(wú)水乙醇，去離子水，丙酮中超聲清洗待用。
[0095]本實(shí)施例中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)摩擦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度分別設(shè)置為100、250、500、750和lOOOrpm。
[0096]403不銹鋼的陰極極化電位測(cè)試前，需要將不銹鋼與整流橋輸出端的負(fù)極相連，然后置入模擬腐蝕液中形成腐蝕體系，其陰極極化電位穩(wěn)定至電位變化趨勢(shì)小于20mV/h后開(kāi)始測(cè)試。圖7為摩擦發(fā)電機(jī)1在lOOrpm轉(zhuǎn)速條件下腐蝕體系的陰極極化電位隨時(shí)間的變化圖，從圖中可以看出，當(dāng)摩擦發(fā)電機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，陰極極化電位迅速下降，經(jīng)過(guò)將近5分鐘后從_63mV下降到-320mV，表明電子注入403不銹鋼表面，導(dǎo)致403不銹鋼電極極化，電位負(fù)移。在轉(zhuǎn)速保持不變的情況下，403不銹鋼的陰極極化電位能夠繼續(xù)保持負(fù)移。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降為零時(shí)，403不銹鋼的陰極極化電位上升，上升速率較下降速率來(lái)的慢，經(jīng)過(guò)5分鐘左右的時(shí)間，電位上升至_109mV，低于最初的穩(wěn)定電位(_63mV)，表明403不銹鋼電極表面極化后，在不通電的情況下還具有一定的腐蝕防護(hù)能力。緊接著，重復(fù)以上過(guò)程，不斷開(kāi)啟和切斷轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，電位變化曲線如圖6所示，可以看出，摩擦發(fā)電機(jī)1與403不銹鋼的陰極保護(hù)體系在腐蝕防護(hù)上具有很好的重現(xiàn)性。
[0097]圖8顯示了摩擦發(fā)電機(jī)輸出功率與403不銹鋼陰極極化電位的關(guān)系，從圖中可以明顯地看出，將轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速?gòu)膌OOrpm逐級(jí)增加至lOOOrpm,不銹鋼的陰極極化電位從-330mV下降至_440mV(參比電極為飽和甘汞電極)，表明發(fā)電機(jī)的輸出功率的增加能夠增加陰極保護(hù)電流，致使電極產(chǎn)生進(jìn)一步極化，電位進(jìn)一步負(fù)移。
[0098]圖9為輸出電量和陰極極化電位的關(guān)系圖,403不銹鋼的陰極極化電位達(dá)到_350mV左右時(shí)候，開(kāi)始有比較明顯的保護(hù)，此時(shí)，摩擦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速需要大于250rpm，摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電量值不小于0.4mC/min。
[0099]實(shí)施例三
[0100]本實(shí)施例提供一種通過(guò)改變腐蝕介質(zhì)內(nèi)阻的方法來(lái)改變腐蝕體系的陰極極化電位，進(jìn)而達(dá)到改善金屬腐蝕防護(hù)的目的。
[0101]步驟S3將所述電信號(hào)施加在置于腐蝕介質(zhì)中的上述金屬和對(duì)電極上，具體為:將所述金屬與對(duì)電極分別置于分隔開(kāi)的兩個(gè)腐蝕介質(zhì)中，其中所述兩個(gè)腐蝕介質(zhì)相同，并且兩個(gè)腐蝕介質(zhì)之間通過(guò)注滿腐蝕介質(zhì)的毛細(xì)管連接。毛細(xì)管的長(zhǎng)度在0.5米以上，優(yōu)選為0.5米-2米，毛細(xì)管的直徑范圍為0.3毫米-1毫米。
[0102]仍然以403不銹鋼的腐蝕防護(hù)為例，說(shuō)明本實(shí)施例的金屬腐蝕防護(hù)方法。為了進(jìn)一步增大403不銹鋼極化電位的絕對(duì)值，特通過(guò)增加腐蝕介質(zhì)(腐蝕溶液)電阻的方式來(lái)調(diào)節(jié)403不銹鋼與鉬電極(對(duì)電極)之間的分壓，具體實(shí)施步驟如下:
[0103]1.將403不銹鋼工作電極與鉬電極(對(duì)電極)分別置于兩個(gè)相同的電解池中，中間用一根注滿腐蝕溶液的塑料毛細(xì)管連接，在本實(shí)施例中，毛細(xì)管的直徑為0.5mm,毛細(xì)管的使用可大大增加工作電極與對(duì)電極之間的電阻，從而提高403不銹鋼的極化電壓，降低403不銹鋼的陰極極化電位。
[0104]2.403不銹鋼的前期處理以及所使用的腐蝕介質(zhì)與實(shí)施例一保持一致，轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速固定在250rpm，通過(guò)改變毛細(xì)管的長(zhǎng)度，腐蝕介質(zhì)電阻從3000歐調(diào)節(jié)至9.39M歐，從圖10可以看出，隨著溶液內(nèi)租的增加，陰極極化電位不斷負(fù)移，調(diào)節(jié)范圍可從-120mV到-5.32V，幾乎可以滿足絕大多數(shù)金屬在大多數(shù)腐蝕環(huán)境下所需要的陰極極化電壓。上述陰極極化電位范圍是采用飽和甘汞電極作為參比電極的范圍，如果采用其他參比電極，所述陰極極化電位范圍可以根據(jù)兩種參比電極對(duì)應(yīng)的參比電位差值確定。
[0105]實(shí)施例四
[0106]相應(yīng)與實(shí)施例三，本實(shí)施例提供一種自驅(qū)動(dòng)金屬腐蝕防護(hù)系統(tǒng)，參見(jiàn)圖11所示的結(jié)構(gòu)示意圖，包括發(fā)電部件1、與發(fā)電部件1連接的電流轉(zhuǎn)換單元2、電流轉(zhuǎn)換單元2的正極輸出端連接的對(duì)電極3，以及電阻調(diào)整單元5。其中，電流轉(zhuǎn)換單元2的負(fù)極輸出端連接需要防護(hù)的金屬4，金屬4與對(duì)電極3分別置于分隔開(kāi)的兩個(gè)獨(dú)立的腐蝕介質(zhì)中，其中所述兩個(gè)腐蝕介質(zhì)相同，并且兩個(gè)腐蝕介質(zhì)之間通過(guò)電阻調(diào)整單元5連接，電阻調(diào)整單元5為將兩個(gè)獨(dú)立的腐蝕介質(zhì)連通的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為注滿腐蝕介質(zhì)的毛細(xì)管。其中，發(fā)電部件1、電流轉(zhuǎn)換單元2和對(duì)電極3的作用與實(shí)施例二中的相同。其中，發(fā)電部件、電流轉(zhuǎn)換單元、對(duì)電極等的結(jié)構(gòu)和采用的材料可以與實(shí)施例二中均相同，這里不再?gòu)?fù)述。
[0107]優(yōu)選的，電阻調(diào)整單元5使金屬4的陰極極化電位在_120mV至_5.32V之間。
[0108]本發(fā)明提供的自驅(qū)動(dòng)金屬腐蝕防護(hù)方法和系統(tǒng)應(yīng)用在河流或者海洋等液體環(huán)境中時(shí)，發(fā)電部件可以采用接觸分離式摩擦發(fā)電機(jī)，進(jìn)行密封后可以設(shè)置在浮標(biāo)上，隨著浮標(biāo)的上下浮動(dòng)，摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)摩擦材料不會(huì)接觸分離在兩個(gè)電極層之間產(chǎn)生電信號(hào)。
[0109]另外，本發(fā)明提供的金屬腐蝕防護(hù)系統(tǒng)和方法中，可以包括多個(gè)發(fā)電部件，多個(gè)發(fā)電部件的結(jié)構(gòu)相同也可以不同，例如可以同時(shí)包括摩擦發(fā)電機(jī)和壓電式摩擦發(fā)電機(jī)，用于吸收不同形式的機(jī)械能產(chǎn)生電能。每個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電信號(hào)經(jīng)過(guò)整流后,互相并聯(lián)為需要保護(hù)的金屬提供陰極保護(hù)。例如，將轉(zhuǎn)動(dòng)式滑動(dòng)摩擦發(fā)電機(jī)和接觸分離式摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置在行駛的輪船上，可以對(duì)海洋中的風(fēng)能、輪船動(dòng)能以及海水運(yùn)動(dòng)的能量進(jìn)行實(shí)時(shí)的捕獲和利用。
[0110]實(shí)施例五
[0111]本實(shí)施例中，利用本發(fā)明提供的金屬腐蝕防護(hù)技術(shù)對(duì)Q235碳鋼進(jìn)行腐蝕分析，通過(guò)Q235碳鋼的掛片失重測(cè)試，研究本發(fā)明的技術(shù)對(duì)Q235碳鋼的陰極保護(hù)效果。為了實(shí)測(cè)摩擦發(fā)電機(jī)對(duì)于金屬的實(shí)際腐蝕防護(hù)效果，本實(shí)施例中引入Q235碳鋼作為被保護(hù)的對(duì)象，通過(guò)對(duì)比在有無(wú)摩擦發(fā)電機(jī)提供陰極保護(hù)情況下的金屬腐蝕速率來(lái)驗(yàn)證摩擦發(fā)電機(jī)在腐蝕防護(hù)方面的作用。
[0112]為了縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間和取得更加明顯的實(shí)驗(yàn)效果，本實(shí)施例中選擇較容易被腐蝕的Q235碳鋼作為研究對(duì)象。在測(cè)試前，選取直徑約為1.lcm的圓柱形Q235鋼塊，側(cè)面以及下端均由環(huán)氧樹(shù)脂包封，下端面中心留一個(gè)小螺孔作為電極的接線柱，其余僅露出上表面，工作面積為0.95cm2。
[0113]測(cè)試時(shí)，以上述制備好的Q235碳鋼為陰極，以鉬電極為對(duì)電