CN104975316A - 一种利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超疏水表面的应用，具体涉及是一种利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法。具体为：采用电化学一步电解的方式在金属表面制备超疏水表面，通过形成的超疏水表面阻止潮解的物质在超疏水表面的滞留，降低腐蚀性物质在超疏水表面滞留的时间与概率，进而对金属起到防腐的作用。本发明操作简单易行，不需要昂贵的设备，所用试剂无环境危害。
Description
技术领域
本发明涉及超疏水表面的应用，具体涉及是一种利用超疏水表面防止因物质潮解所致腐蚀的方法。
背景技术
腐蚀是一种典型的金属破坏形式，会导致工程设施的失效，是工程设施服役过程中面临的主要威胁之一。据世界各国的统计，因腐蚀所致损失约占国民生产总值的3-5%，因此，损失是十分惊人的。根据经验，如果采取适当的防护技术，25-40%的腐蚀损失可以避免，因此，开发高效的腐蚀防护方法迫在眉睫。
潮解是自然界一种很常见的现象，是指某些物质从空气中吸收或者吸附水分，使得表面逐渐变得潮湿、润滑，最后物质从固体状态转变为该物质的溶液的现象。金属表面的潮解会导致表面液滴的形成，为电化学腐蚀的发生提供条件。如在海洋大气环境中，沉降在金属表面的盐粒会发生潮解，诱导海洋大气腐蚀的仿生。在某些工业过程中，盐、碱等物质等会在设备表面残留，在高湿度条件下，这些物质会发生潮解，为电化学腐蚀的发生提供条件，进而造成设备的腐蚀破坏。因此，如果抑制因盐粒潮解所致金属的腐蚀值得关注的问题。
在自然环境中，液滴很容易从荷叶表面滚落，呈现超疏水特性。受到荷叶表面的启发，仿生超疏水表面的制备受到人们广泛关注。现在人们对超疏水表面在腐蚀防护中应用的研究多集中在水环境中，实验证实其对水环境中的腐蚀作用主要归因于超疏水膜中夹杂的空气层。而超疏水表面对大气环境中物质潮解所致腐蚀的防护作用与应用还没有相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法，采用电化学一步电解的方式在待保护金属表面制备超疏水表面，通过形成的超疏水表面阻止大气环境中潮解的物质在超疏水表面的滞留，降低腐蚀性物质在其表面滞留的时间与概率，进而对金属起到防腐的作用。
所述采用电化学一步电解的方式在金属表面制备超疏水表面，具体为：
将金属浸入浓度为10-3～10-1mol/L十四酸的乙醇溶液中，而后经一步电解的方式，即可在金属表面形成络合物膜层的超疏水表面。
所述一步电解的方式是，对金属施加直流电压，通电处理后金属表面即形成络合物膜层。所述施加直流电压为10～50V，时间为10min～2h。
所述金属依次用丙酮、去离子水清洗铜试样表面，氮气吹干，待用。
所述潮解的物质为无机盐和/或碱。具体的说是氯化钠、氢氧化钠、氯化钙、碳酸铵、氯化镁中的一种或几种。
本发明所具有的优点：
本发明利用制备所得的超疏水表面可阻止大气环境中潮解的物质在超疏水表面存在，进而降低其在表面存在的时间和概率，起到防止腐蚀的作用。同时本发明制备方法操作简单易行，不需要昂贵的设备，所用试剂无环境危害。
同时与超疏水表面在水环境腐蚀防护的原理（利用超疏水表面空气层的绝缘性与阻隔效应阻止腐蚀性介质对基体的侵蚀）不同，通过本发明的方式能够阻止大气环境中潮解的物质在超疏水表面的存在的时间与概率，进而降低其对基体的侵蚀，起到防腐的作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的所得到的超疏水膜宏观形貌及水滴接触角照片。
图2为本发明实施例提供的所得到的超疏水膜微观形貌图。
图3为本发明实施例提供的NaCl颗粒在倾斜的铜表面潮解及滑移过程图；其中，RH=90%，(a)0分,(b)2分,(c)4分,(d)8分,(e)12分,(f)16分,(g)20分(h)40分.
图4为本发明实施例提供的NaCl颗粒在倾斜的超疏水表面潮解及滑移过程图；其中，RH=90%(a)0分钟,(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,(i)4分10.04秒.（红线为NaCl颗粒在表面的参照坐标，箭头表示NaCl颗粒的运动方向）.
具体实施方式
实施例1
（1）依次用丙酮、去离子水清洗金属铜表面，氮气吹干待用；
（2）在25℃下将铜试样浸入0.1mol/L十四酸的乙醇溶液中，而后对铜和铂电极间施加30V直流电压（其中，铜试样为阳极，铂电极为阴极），处理2h后铜表面出现蓝色膜层，经氮气吹干，该膜层即呈超疏水状态，表面接触角为156.7°（参见图1，2）。
（3）在RH=90%的环境中，NaCl在铜试样表面潮解形成液滴并滞留在其表面，进而腐蚀基体（图3）。与之不同，潮解的NaCl颗粒会从超疏水表面滑移，直至从表面滑落，阻止了金属腐蚀的发生（图4）。
上述结果证实，与现有关于超疏水表面在水环境中腐蚀防护原理（利用超疏水膜中空气层的绝缘性及阻隔效应来抑制腐蚀性介质对基体的侵蚀）不同，所获得超疏水表面可以通过降低潮解的NaCl颗粒与固体表面的作用力，使得在潮解过程中，NaCl颗粒很容易地从超疏水表面滑走，进而降低了NaCl颗粒与基体的接触时间与概率，阻止基体金属腐蚀的发生。
实施例2
（1）用乙醇、去离子水清洗金属铜表面，氮气吹干待用；
（2）在25℃下将铜片浸入0.05mol/L十四酸的乙醇溶液中，并对铜和铂电极间施加20V直流电压（铜试样为阳极，铂电极为阴极），处理2h，水在处理后铜试样表面的接触角为153.2°。
（3）在RH=95%的环境中，NaOH在未处理铜试样表面潮解形成液滴并稳定存在于表面，进而会对基体造成腐蚀。与之不同，潮解的NaOH颗粒在转变成液滴前即会从超疏水表面滑移，并从表面滑落，阻止了金属腐蚀的发生。
上述结果证实，所获得超疏水表面可以通过降低潮解的NaOH颗粒与固体表面的作用力，使得在潮解过程中，NaOH颗粒很容易地从超疏水表面滑走，进而降低了NaOH颗粒与基体的接触时间与概率，阻止基体金属腐蚀的发生。
Claims (6)
1.一种利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法，其特征在于：采用电化学一步电解的方式在待保护金属表面制备超疏水表面，通过形成的超疏水表面阻止大气环境中潮解的物质在超疏水表面的滞留，降低腐蚀性物质在其表面滞留的时间与概率，进而对金属起到防腐的作用。
2.按权利要求1所述利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法，其特征在于：所述采用电化学一步电解的方式在金属表面制备超疏水表面，具体为：
将金属浸入浓度为10-3～10-1mol/L十四酸的乙醇溶液中，而后经一步电解的方式，即可在金属表面形成络合物膜层的超疏水表面。
3.按权利要求2所述利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法，其特征在于：所述一步电解的方式是，对金属施加直流电压，通电处理后金属表面即形成络合物膜层。
4.按权利要求1、2或3所述利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法，其特征在于：所述金属依次用丙酮、去离子水清洗铜试样表面，氮气吹干，待用。
5.按权利要求3所述利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法，其特征在于：所述施加直流电压为10～50V，时间为10min～2h。
6.按权利要求1所述利用超疏水表面防止大气环境中因物质潮解所致腐蚀的方法，其特征在于：所述潮解的物质为无机盐和/或碱。
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