CN104831287A - 一种防治钛合金工件海洋生物污损的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属防海洋生物污损领域，涉及一种应用在海洋环境中的钛合金工件防止其生物污损的电化学技术工艺，特别是一种防治钛合金工件海洋生物污损的方法；其采用三电极施加电化学方法，先将辅助对电极与钛合金工件之间进行绝缘处理，再对辅助对电极进行隔离绝缘处理，然后将钛合金工件浸没入海水后施加电位更高的极化电压，最后每隔1—21天，向钛合金工件上施加反向电位即实现防污损效果；其设计原理可靠，工艺步骤简单，工艺路线成熟，设备结构简单，部件易得，工作环境友好。

Description

一种防治钛合金工件海洋生物污损的方法

技术领域：

本发明属于金属防海洋生物污损领域，涉及一种应用在海洋环境中的钛合金工件防止其生物污损的电化学技术工艺，能降低钛合金工件发生生物污损附着概率和数量，特别是一种防治钛合金工件海洋生物污损的方法。

背景技术：

在现有的普通合金领域中，钛合金的密度小，其抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，在船舶、舰艇、航空航天等领域应用广泛，在海洋环境中可取代传统的钢、铜等工件，提高相关结构工件的寿命和安全系数，钛合金在船舶中的关键海水管路中已获得了良好的应用效果，但是由于钛合金具有良好的生物相容性，材料表面极易生长附着海洋生物，影响工件的实际应用效果，在钛合金海水管路中已经出现了由海洋生物污损造成的管路堵塞和流量下降的问题，由于钛合金工件的寿命长，常规的防污漆无法长期保持防污效果。目前海水管路的防污技术以电化学方法为主，电化学方法又分为电解海水防污法和电解铜铝防污法两种，电解海水防污法的原理是通过特殊组成的电催化活性物质，在特定的电压电流下将海水电解产生氯气和次氯酸根，氯气和次氯酸根是有效的防污剂，在海水中达到特定浓度后就能起到有效的海生物杀灭作用，在电站冷却水处理、船舶压载水等领域应用广泛；而大多数设备需要专门的电解槽，并对次氯酸离子有浓度要求，所以很少应用在开放性的海洋环境和对空间要求高的环境中，如中国专利201110359816.X公开了一种分布式钛合金管路电解防污装置，将电催化活性物质直接涂覆在钛合金管路内壁表面，通入大电流实现电解海水进行防污的装置；电解铜铝防污法是将特定的铜、铝合金作为阳极，被保护的海水设备系统作为阴极，将阳极通低压直流电进行电解，再经过与海水化学反应生成有毒物质，杀死海生物或抑制其生长繁殖，该方法主要用于船舶水箱等部位的防污，在海水管路中使用需专门的空间和装置才可实现，无法应用在开放性的海水环境。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种防治钛合金工件海洋生物污损的方法，利用钛合金自身的活性，通过特定的电化学工艺活化钛合金表面，有效控制钛合金工件与海水接触表面的海洋生物污损，提高海水中钛合金工件的使用可靠性，降低常规防治污损对环境的污染和损害。

为了实现上述目的，本发明涉及的电化学体系采用三电极施加电化学方法，防治过程在主体结构包括钛合金工件、辅助对电极、参比电极和可编程恒压恒流电源以及海水环境区的防治钛合金海洋生物污损装置中的海水环境区内完成；先将辅助对电极与钛合金工件之间采用常规工艺进行绝缘处理，再对辅助对电极进行常规的隔离绝缘处理，使辅助对电极与所有金属结构实现绝缘；然后将钛合金工件浸没入海水后，在钛合金工件上施加相对于参比电极的电位高0.6—9V的极化电压；通过可编程恒压恒流电源控制和调整，使通过钛合金工件的电流密度为30—150mA/m²；然后每隔1—21天，向钛合金工件上施加-0.6V—-2V的反向电位20—120分钟，在施加方向电位的同时能够实现防污损效果，即能实现钛合金工件防治海洋生物污损的功效；其涉及的钛合金工件的含钛量范围控制在75—100％；所适用的海水流速范围为0—5m/s；参比电极采用银/氯化银参比电极，辅助对电极采用析氢电位低的铁、不锈钢或镍合金。

本发明涉及的防治钛合金工件海洋生物污损装置的主体组装结构包括钛合金工件、辅助对电极、参比电极和可编程恒压恒流电源，以及海水环境区；作为受保护工作电极的钛合金工件为受保护工件并为阳极；可编程恒压恒流电源为市售的通用产品，具有可编程控制电压和电流输出值的功能，并能够连续调节或控制其输出的电压和电流值，其输出电压范围为0—10伏，根据工件实际状况选择输出电流范围，确保工件上的电流密度达到30—150mA/m²；可编程恒压恒流电源分别与钛合金工件、辅助对电极和参比电极电信息连通，并组装于海水环境区中，实现电压和电流的控制与调节；作为阴极的辅助对电极的结构、形状和材料根据工件的实际结构和尺寸进行调整，采用铁、不锈钢或镍合金材料；参比电极采用一个或多个市售的银/氯化银参比电极，根据工件结构和空间位置进行布置。

本发明与现有技术相比，其设计原理可靠，工艺步骤简单，其工艺路线成熟，设备结构简单，部件易得，工作环境友好。

附图说明：

图1为本发明使用的防治钛合金工件海洋生物污损装置的组装结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的电化学体系采用三电极施加电化学方法，防治过程在主体结构包括钛合金工件1、辅助对电极2、参比电极3和可编程恒压恒流电源4以及海水环境区5的装置内完成；先将辅助对电极2与钛合金工件1之间采用常规工艺进行绝缘处理，再对辅助对电极2进行常规的隔离绝缘处理，使辅助对电极2与所有金属结构实现绝缘；然后将钛合金工件1浸没入海水后，在钛合金工件1上施加相对于参比电极3的电位高0.6—9V的极化电压；通过可编程恒压恒流电源4控制和调整，使通过钛合金工件1的电流密度为30—150mA/m²；然后每隔1—21天，向钛合金工件1上施加-0.6V—-2V的反向电位20—120分钟，在施加反向电位的同时能够实现防污损效果，即能实现钛合金工件防治海洋生物污损的功效；其涉及的钛合金工件1的含钛量范围控制在75—100％；所适用的海水流速范围为0—5m/s；参比电极3采用银/氯化银参比电极，辅助对电极2采用析氢电位低的铁、不锈钢或镍合金。

本实施例涉及的防治钛合金工件海洋生物污损装置的主体组装结构包括钛合金工件1、辅助对电极2、参比电极3和可编程恒压恒流电源4以及海水环境区5；作为受保护工作电极的钛合金工件1为受保护工件并为阳极；可编程恒压恒流电源4为市售的通用产品，具有可编程控制电压和电流输出值的功能，并能够连续调节或控制其输出的电压和电流值，其输出电压范围为0—10伏，根据工件实际状况选择输出电流范围，确保工件上的电流密度达到30—150mA/m²；可编程恒压恒流电源4分别与钛合金工件1、辅助对电极2和参比电极3电信息连通，并组装于海水环境区5中，实现电压和电流的控制与调节；作为阴极的辅助对电极2的结构、形状和材料根据工件的实际结构和尺寸进行调整，采用铁、不锈钢或镍合金材料；参比电极3采用一个或多个市售的银/氯化银参比电极，根据工件结构和空间位置进行布置。

实施例2：

本实施例涉及的受保护工件的试验材料为工业纯钛板并采用环氧树脂进行密封绝缘，密封后预留100mm×200mm的表面；选取辅助对电极2为碳钢板材料，其面积为50mm×50mm；实施试验地点为青岛港周边海域，其测定的海水流速为0—2米/秒；其辅助试验仪器包括市售的恒压恒流仪和银/氯化银参比电极；具体实施步骤为以钛板为阳极，碳钢板为阴极，银/氯化银参比电极作为参比电极，以钛板面积计算施加90mA/m²的电流密度，通过程序设定，每24小时在台板上施加-1.2V的反向电压15分钟。试验结束后，施加保护措施的试样干燥后增重量定义为m，将不加任何保护的钛板作为对比试样，试验结束后其干燥后的增重量定义为M，防污方法的防污率定义为(M-m)/M×100％；选定实施试验周期为3—9月份，共6个月；试验结果表明：施加本实施例所描述的防污方法的钛板平均防污率达到85％以上，能够有效的抑制海洋生物在钛板表面的附着生长。

Claims (2)

1.一种防治钛合金工件海洋生物污损的方法，其特征在于涉及的电化学体系采用三电极施加电化学方法，先将辅助对电极与钛合金工件之间采用常规工艺进行绝缘处理，再对辅助对电极进行常规的隔离绝缘处理，使辅助对电极与所有金属结构实现绝缘；然后将钛合金工件浸没入海水后，在钛合金工件上施加相对于参比电极的电位高0.6—9V的极化电压；通过可编程恒压恒流电源控制和调整，使通过钛合金工件的电流密度为30—150mA/m²；然后每隔1—21天，向钛合金工件上施加-0.6V—-2V的反向电位20—120分钟，在施加反向电位的同时实现钛合金工件防治海洋生物污损的功效；其涉及的钛合金工件的含钛量范围控制在75—100％；所适用的海水流速范围为0—5m/s。

2.根据权利要求1所述的防治钛合金工件海洋生物污损的方法，其特征在于防治过程在主体结构包括钛合金工件、辅助对电极、参比电极和可编程恒压恒流电源以及海水环境区的防治钛合金海洋生物污损装置中的海水环境区内完成；钛合金工件为受保护工件并为阳极；可编程恒压恒流电源为市售的通用产品，具有可编程控制电压和电流输出值的功能，并能够连续调节或控制其输出的电压和电流值，其输出电压范围为0—10伏，输出电流密度达到30—150mA/m²；可编程恒压恒流电源分别与钛合金工件、辅助对电极和参比电极电信息连通，并组装于海水环境区中，实现电压和电流的控制与调节；作为阴极的辅助对电极的结构、形状和材料根据工件的实际结构和尺寸进行调整，采用铁、不锈钢或镍合金材料；参比电极采用一个或多个市售的银/氯化银参比电极，根据工件结构和空间位置进行布置。