一種利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及超疏水表面的應用，具體涉及是一種利用超疏水表面防止因物質潮解所致腐蝕的方法。
【背景技術】
[0002]腐蝕是一種典型的金屬破壞形式，會導致工程設施的失效，是工程設施服役過程中面臨的主要威脅之一。據世界各國的統計，因腐蝕所致損失約占國民生產總值的3-5%，因此，損失是十分驚人的。根據經驗，如果采取適當的防護技術，25-40%的腐蝕損失可以避免，因此，開發高效的腐蝕防護方法迫在眉睫。
[0003]潮解是自然界一種很常見的現象，是指某些物質從空氣中吸收或者吸附水分，使得表面逐漸變得潮濕、潤滑，最后物質從固體狀態轉變為該物質的溶液的現象。金屬表面的潮解會導致表面液滴的形成，為電化學腐蝕的發生提供條件。如在海洋大氣環境中，沉降在金屬表面的鹽粒會發生潮解，誘導海洋大氣腐蝕的仿生。在某些工業過程中，鹽、堿等物質等會在設備表面殘留，在高濕度條件下，這些物質會發生潮解，為電化學腐蝕的發生提供條件，進而造成設備的腐蝕破壞。因此，如果抑制因鹽粒潮解所致金屬的腐蝕值得關注的問題。
[0004]在自然環境中，液滴很容易從荷葉表面滾落，呈現超疏水特性。受到荷葉表面的啟發，仿生超疏水表面的制備受到人們廣泛關注。現在人們對超疏水表面在腐蝕防護中應用的研究多集中在水環境中，實驗證實其對水環境中的腐蝕作用主要歸因于超疏水膜中夾雜的空氣層。而超疏水表面對大氣環境中物質潮解所致腐蝕的防護作用與應用還沒有相關報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]—種利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法，采用電化學一步電解的方式在待保護金屬表面制備超疏水表面，通過形成的超疏水表面阻止大氣環境中潮解的物質在超疏水表面的滯留，降低腐蝕性物質在其表面滯留的時間與概率，進而對金屬起到防腐的作用。
[0008]所述采用電化學一步電解的方式在金屬表面制備超疏水表面，具體為:
[0009]將金屬浸入濃度為1(Γ3?lO^nol/L十四酸的乙醇溶液中，而后經一步電解的方式，即可在金屬表面形成絡合物膜層的超疏水表面。
[0010]所述一步電解的方式是，對金屬施加直流電壓，通電處理后金屬表面即形成絡合物膜層。所述施加直流電壓為10?50V，時間為1min?2h。
[0011]所述金屬依次用丙酮、去離子水清洗銅試樣表面，氮氣吹干，待用。
[0012]所述潮解的物質為無機鹽和/或堿。具體的說是氯化鈉、氫氧化鈉、氯化鈣、碳酸銨、氯化鎂中的一種或幾種。
[0013]本發明所具有的優點:
[0014]本發明利用制備所得的超疏水表面可阻止大氣環境中潮解的物質在超疏水表面存在，進而降低其在表面存在的時間和概率，起到防止腐蝕的作用。同時本發明制備方法操作簡單易行，不需要昂貴的設備，所用試劑無環境危害。
[0015]同時與超疏水表面在水環境腐蝕防護的原理(利用超疏水表面空氣層的絕緣性與阻隔效應阻止腐蝕性介質對基體的侵蝕)不同，通過本發明的方式能夠阻止大氣環境中潮解的物質在超疏水表面的存在的時間與概率，進而降低其對基體的侵蝕，起到防腐的作用。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例提供的所得到的超疏水膜宏觀形貌及水滴接觸角照片。
[0017]圖2為本發明實施例提供的所得到的超疏水膜微觀形貌圖。
[0018]圖3為本發明實施例提供的NaCl顆粒在傾斜的銅表面潮解及滑移過程圖；其中，RH=90%，(a) O 分，(b) 2 分，(c) 4 分，(d) 8 分，(e) 12 分，(f) 16 分，(g) 20 分(h) 40 分.
[0019]圖4為本發明實施例提供的NaCl顆粒在傾斜的超疏水表面潮解及滑移過程圖；其中，RH=90%(a) O 分鐘，(b) 2 分 21 秒，(c) 2 分 21.04 秒，(d) 2 分 21.08 秒，(e) 2 分 41秒，(f) 3分2秒，(g) 3分4秒，(h) 4分10秒，⑴4分10.04秒.(紅線為NaCl顆粒在表面的參照坐標，箭頭表示NaCl顆粒的運動方向).
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021](I)依次用丙酮、去離子水清洗金屬銅表面，氮氣吹干待用；
[0022](2)在25°C下將銅試樣浸入0.lmol/L十四酸的乙醇溶液中，而后對銅和鉬電極間施加30V直流電壓(其中，銅試樣為陽極，鉬電極為陰極)，處理2h后銅表面出現藍色膜層，經氮氣吹干，該膜層即呈超疏水狀態，表面接觸角為156.7° (參見圖1，2)。
[0023](3)在RH=90%的環境中，NaCl在銅試樣表面潮解形成液滴并滯留在其表面，進而腐蝕基體(圖3)。與之不同，潮解的NaCl顆粒會從超疏水表面滑移，直至從表面滑落，阻止了金屬腐蝕的發生(圖4)。
[0024]上述結果證實，與現有關于超疏水表面在水環境中腐蝕防護原理(利用超疏水膜中空氣層的絕緣性及阻隔效應來抑制腐蝕性介質對基體的侵蝕)不同，所獲得超疏水表面可以通過降低潮解的NaCl顆粒與固體表面的作用力，使得在潮解過程中，NaCl顆粒很容易地從超疏水表面滑走，進而降低了 NaCl顆粒與基體的接觸時間與概率，阻止基體金屬腐蝕的發生。
[0025]實施例2
[0026](I)用乙醇、去離子水清洗金屬銅表面，氮氣吹干待用；
[0027](2)在25°C下將銅片浸入0.05mol/L十四酸的乙醇溶液中，并對銅和鉬電極間施加20V直流電壓(銅試樣為陽極，鉬電極為陰極)，處理2h，水在處理后銅試樣表面的接觸角為 153.2。。
[0028](3)在RH=95%的環境中，NaOH在未處理銅試樣表面潮解形成液滴并穩定存在于表面，進而會對基體造成腐蝕。與之不同，潮解的NaOH顆粒在轉變成液滴前即會從超疏水表面滑移，并從表面滑落，阻止了金屬腐蝕的發生。
[0029]上述結果證實，所獲得超疏水表面可以通過降低潮解的NaOH顆粒與固體表面的作用力，使得在潮解過程中，NaOH顆粒很容易地從超疏水表面滑走，進而降低了 NaOH顆粒與基體的接觸時間與概率，阻止基體金屬腐蝕的發生。
【主權項】
1.一種利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法，其特征在于:采用電化學一步電解的方式在待保護金屬表面制備超疏水表面，通過形成的超疏水表面阻止大氣環境中潮解的物質在超疏水表面的滯留，降低腐蝕性物質在其表面滯留的時間與概率，進而對金屬起到防腐的作用。2.按權利要求1所述利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法，其特征在于:所述采用電化學一步電解的方式在金屬表面制備超疏水表面，具體為: 將金屬浸入濃度為10_3?lO'ol/L十四酸的乙醇溶液中，而后經一步電解的方式，即可在金屬表面形成絡合物膜層的超疏水表面。3.按權利要求2所述利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法，其特征在于:所述一步電解的方式是，對金屬施加直流電壓，通電處理后金屬表面即形成絡合物膜層。4.按權利要求1、2或3所述利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法，其特征在于:所述金屬依次用丙酮、去離子水清洗銅試樣表面，氮氣吹干，待用。5.按權利要求3所述利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法，其特征在于:所述施加直流電壓為10?50V，時間為1min?2h。6.按權利要求1所述利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法，其特征在于:所述潮解的物質為無機鹽和/或堿。
【專利摘要】本發明涉及超疏水表面的應用，具體涉及是一種利用超疏水表面防止大氣環境中因物質潮解所致腐蝕的方法。具體為：采用電化學一步電解的方式在金屬表面制備超疏水表面，通過形成的超疏水表面阻止潮解的物質在超疏水表面的滯留，降低腐蝕性物質在超疏水表面滯留的時間與概率，進而對金屬起到防腐的作用。本發明操作簡單易行，不需要昂貴的設備，所用試劑無環境危害。
【IPC分類】C25D9/02, B05D5/08
【公開號】CN104975316
【申請號】CN201410130690
【發明人】王鵬, 張盾
【申請人】中國科學院海洋研究所
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月2日