CN101122028A

CN101122028A - 钢筋混凝土阴极保护用金属氧化物阳极的制备方法

Info

Publication number: CN101122028A
Application number: CNA2007100164406A
Authority: CN
Inventors: 吴建华; 黄国胜
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2008-02-13

Abstract

本发明属于金属腐蚀及其防护的阴极保护技术领域，涉及一种钢筋混凝土阴极保护的低成本混合钛基金属氧化物阳极的制备方法，先选取工业纯钛为基体，用沸腾的Na₂CO₃溶液除油，再用沸腾的草酸溶液除锈；然后用四氯化锡、氯化锰或氯化镍或氯化钌及钛酸四丁酯、氯铱酸按常规方法混合而制成涂液，用毛刷涂于钛基体表面；将涂好的基体极片在烘箱干燥，使溶剂挥发，再将基体极片送入氧化炉在设定温度下烧结，进行高温氧化分解；重复以上步骤8～15次，最后一次烧结60分钟。本发明制备方法原理可靠，工艺简单，其产品表面光亮，无划痕，电解寿命长。

Description

钢筋混凝土阴极保护用金属氧化物阳极的制备方法

技术领域：

本发明属于金属腐蚀及其防护的阴极保护技术领域，具体涉及一种应用于钢筋混凝土阴极保护的低成本混合钛基金属氧化物阳极的制备方法。

背景技术：

目前，关于混凝土中的防腐阳极种类有多种，在近30年内，分别出现了焦炭一沥青阳极系统，开槽式阳极系统，导电混凝土聚合物阳极，导电聚合物柔性阳极，导电聚合物覆层阳极，喷涂金属层和金属氧化物阳极等。但是这些阳极都存在着很大的问题，前几种在结构和安装方面会对混凝土构件造成较大的破坏，且性能都不够理想，不适合长期使用；金属氧化物阳极由于性能优越，可适应混凝土环境，不但能在新建构件中预埋，也可在旧混凝土中使用，但是这种阳极价格昂贵。

钢筋混凝土在世界各国的基础设施中都占有相当大的比例，如钢筋混凝土码头、桩基、桥梁、水工闸门、预应力混凝土管线、高速公路等。这些设施的使用状态直接关系到安全生产和国家的投资效益，因此保证这些设施处于安全使用状态和延长其有效使用寿命是必需的。目前，采用阴极保护技术对混凝土结构进行保护是一个热门课题。

但是金属氧化物阳极材料通常采用Ir和Ta等元素，其价格非常昂贵，同时由于混凝土结构对于输出电流的要求较小。所以可以通过改变不同金属元素的载量，在降低金属氧化物阳极制造成本的同时，保证材料性能可满足混凝土中的使用要求。在混凝土中，由于孔隙较小，当阳极表面通过电流时，析氧反应导致电极表面发生气泡，气泡破裂的冲击容易导致表面氧化物脱落，所以也需要从工艺进行改进，增强氧化物阳极的结合强度。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计一种制备用于钢筋混凝土阴极保护的金属氧化物阳极的工艺方法，该方法包括试样前处理、除去油层、涂刷烧结和重复步骤等。

为了实现上述发明目的，本发明的工艺步骤或过程方法如下：先选取工业纯钛为基体，用重量百分比浓度5％沸腾的Na2CO3溶液除油，再用重量百分比浓度10％沸腾的草酸溶液除锈；然后，用四氯化锡、氯化锰或氯化镍或氯化钌及钛酸四丁酯、氯铱酸按常规方法混合而制成涂液，用毛刷涂于钛基体表面；将涂好的基体极片在烘箱中干燥，使溶剂徐徐挥发，然后再将基体极片送入氧化炉在设定温度下烧结，进行高温氧化分解；重复以上步骤8～15次，最后一次烧结60分钟，制备成钛基混合金属氧化物阳极，在混凝土模拟孔隙液中，通4mA/cm²的强化电解电流，强化电解寿命可达到200小时以上。

本发明所说的涂液配制方法为：先将500～600mg四氯化锡溶于30mL异丙醇；再将100～150mg氯化锰溶于30mL异丙醇；取钛酸四丁酯异丙醇溶液(0.9mol/L)2～6mL；取氯铱酸异丙醇溶液(45mg/L)2～4mL；然后将上述四种溶液混合于容量瓶中，再加入10mL重量百分比浓度为37％的盐酸溶液，最后用异丙醇定容至100mL，即制得100ml涂液。

本发明具体实现氧化物阳极的制备方法：

选取基材：辅助阳极基体为工业级纯钛(TA2)，其化学成分的质量百分比分别为(％)：Fe：0.30；C：0.10；N：0.05；H：0.015；O：0.25；Ti等杂质元素总量小于0.4；加工成20mm×20mm的基体试样片，并在一角钻Φ＝2.0mm小孔，便于挂式浸涂。

试样前处理：对试样的前处理分为除油和酸处理两个步骤，除油是除去在加工过程中粘附的油污，保证酸处理的质量；酸处理是用酸将基体试样片表面蚀刻成均匀的麻面，增加涂层与基体的接触面积，增强二者之间的结合力。除油是以重量百分比浓度5％Na₂CO₃溶液浸没试样片，电炉加热至沸，用毛刷清洗试样片表面，至试样片表面均匀挂有一层水膜时，除油结束；酸处理是用自来水洗去试样片表面残存的碳酸氢钠，然后将试样片置入重量百分比浓度10％草酸溶液加热至沸保持2～3小时以除去氧化膜并粗化钛基表面；至基体试样表面呈现均匀灰色麻面时，取出试样片用大量自来水冲洗，并用毛刷除去基体表面残存的草酸钛及草酸杂质；用去离子水冲洗基体样片表面，除去残存的其它杂质，放入重量百分比浓度为3％草酸溶液中备用。

阳极的涂刷烧结：将涂液均匀涂刷在基体试样片表面；将涂好的基体试样片先在烘箱中50～100℃条件下干燥，使溶剂徐徐挥发完；然后将完全干燥的基体试样片送入氧化炉在设定温度下烧结10～15分钟，在350～500℃条件下进行高温氧化分解；基体试样片出炉后晾至室温，再进行第二次涂刷；重复上述过程8～15次，最后一次烧结保持60分钟。

本发明制得的金属氧化物阳极，表面光亮，无划痕。涂层表层用无色透明胶带粘结，胶带留有黑痕但不明显，由于涂液浓度的加大在一定程度降低了表层结合力；以指甲用力刮擦阳极涂层无脱落，表明涂层结合牢固；在22uA/cm²下的直流电流极化条件下，电极的电位偏移≤20mV；在混凝土环境中，电解产生的气泡冲击对阳极表面的破坏也较小。在110mA/m²的电流下强制电解，电解寿命不低于200h。

具体实施方式：

本发明的实施可按照下列步骤进行：

(1)试样前处理：选取基体为工业纯钛，牌号TA2，分为除油和酸处理两个过程步骤，以5％沸腾的Na2CO3溶液除油，之后以10％沸腾的草酸溶液除锈2～3小时。(2)涂刷烧结：将制备的涂液用毛刷涂于钛基体表面；将涂好的极片先在烘箱中50～100℃干燥，使溶剂徐徐挥发，然后将极片送入氧化炉在设定温度下(350～550℃)烧结10～15分钟，进行高温氧化分解；(3)重复以上步骤8～15次，最后一次烧结60分钟。通过该方法制备的钛基混合金属氧化物阳极，在混凝土模拟孔隙液中，通4mA/cm²的强化电解电流，强化电解寿命可达到200小时以上。

本发明实施时，其涂液配制方法为：将550mg四氯化锡溶于30mL异丙醇；将130mg氯化锰溶于30mL异丙醇；取浓度为0.9mol/L的钛酸四丁酯异丙醇溶液5mL；取浓度为45mg/L的氯铱酸异丙醇溶液3mL；然后将上述四种溶液混合于容量瓶中，再加入10mL重量百分比浓度为37％的盐酸溶液，最后加入异丙醇定容至100mL，即制得100ml涂液备用。

实施例1：

选取基体为工业纯钛，牌号TA2，分别进行除油和酸处理两步骤，先以5％沸腾的Na2CO3溶液除油后以10％沸腾的草酸溶液除锈2小时；将制备的涂液用毛刷涂于钛基体表面，并在烘箱中保温60～80℃干燥，使溶剂徐徐挥发，然后将基体极片送入氧化炉在设定的400～450℃温度下烧结15分钟，进行高温氧化分解；重复以上步骤10次，最后一次烧结60分钟。该实施例制备的钛基混合金属氧化物阳极，在混凝土模拟孔隙液中，通4mA/cm²的强化电解电流，强化电解寿命可达到200小时以上，贵金属载量为5g/m2，涂刷后阳极表面存在着较为均匀的裂纹，裂纹可增加阳极的有效面积；阳极外加电流强化电解后，表面发生脱落、溶解和腐蚀产物沉积等现象。

实施例2：

选取基体为工业纯钛，牌号TA2，分别进行除油和酸处理，先以5％沸腾的Na2CO3溶液除油，再以10％沸腾的草酸溶液除锈3小时；将制备的涂液用毛刷涂于钛基体表面后在烘箱中保温70～90℃干燥，使溶剂徐徐挥发，然后将基体极片送入氧化炉在设定450～550℃温度下烧结10分钟，进行高温氧化分解；重复以上步骤12次，最后一次烧结60分钟；该实施例制备的钛基混合金属氧化物阳极，在混凝土模拟孔隙液中，通4mA/cm²的强化电解电流，强化电解寿命也可达到200小时以上；贵金属载量为9g/m2，涂刷后阳极表面存在着较为均匀的裂纹，裂纹可增加阳极的有效面积；阳极外加电流强化电解后，表面发生脱落、溶解和腐蚀产物沉积等现象。

Claims

1.一种钢筋混凝土阴极保护用金属氧化物阳极的制备方法，其特征在于先选取工业纯钛为基体，用重量百分比浓度5％沸腾的Na2CO3溶液除油，再用重量百分比浓度10％沸腾的草酸溶液除锈；然后，用四氯化锡、氯化锰或氯化镍或氯化钌及钛酸四丁酯、氯铱酸混合而制成涂液，用毛刷涂于钛基体表面；将涂好的基体极片在烘箱干燥，使溶剂挥发，然后再将基体极片送入氧化炉在设定温度下烧结，进行高温氧化分解；重复以上步骤8～15次，最后一次烧结60分钟。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土阴极保护用金属氧化物阳极的制备方法，其特征在于涂液配制方法为：先将500～600mg四氯化锡溶于30mL异丙醇；再将100～150mg氯化锰溶于30mL异丙醇；取钛酸四丁酯异丙醇溶液2～6mL；取氯铱酸异丙醇溶液2～4mL；然后将上述四种溶液混合于容量瓶中，再加入10mL盐酸溶液，最后用异丙醇定容制得100ml涂液。