光電材料在金屬防腐蝕中的應用

駱昌遠

（沈陽理工大學，遼寧沈陽 110000）

光電材料在金屬防腐蝕中的應用

駱昌遠

（沈陽理工大學，遼寧沈陽 110000）

金屬腐蝕問題一直以來是困擾我們的大問題。近年來，光電材料憑借其壽命長、無毒環保等優勢在金屬防腐的應用中發揮越來越大的作用。光電材料通過電子-空穴方法替代從前犧牲陽極的防腐蝕方法，電子與空穴的分離是為了電子能夠快速達到陰極碳的位置，促成碳鋼電位降低，空氣中的水蒸氣或有機氣體是被空穴氧化，伴隨碳鋼電位降低所耗用的是光電材料周圍的水、有機氣體等而不是光電材料本身。主要對光電材料在金屬防腐蝕中的應用進行了探討，以供同行借鑒。

光電材料；金屬防腐蝕；應用

金屬設備以及金屬元件一般暴露在空氣之中，其表面會因為溫差而不斷形成水膜，當水膜中的溶解氧積累到一定程度時，水膜與金屬發生腐蝕反應，導致大氣腐蝕。傳統的金屬腐蝕方法以犧牲陽極為代價，采用活性金屬，如鋅塊作為負極的氧化反應，減少或減緩金屬的腐蝕。

防腐涂料也是以鋅和鋅合金為原料，利用犧牲陽極來保護金屬，此外，潤濕和干燥循環被用來模擬大氣環境的涂層。采用電化學和表面分析技術研究了涂層的耐蝕性和機理。

1 光電材料在金屬防腐蝕中的研究過程

20世紀初，人們對大氣防腐問題開始關注并開始實施探索，有關材料的大氣腐蝕試驗在美國材料試驗學會（ASTM）開始實施。日本的地理位置為大氣腐蝕這一領域的研究提供適應的氣候條件。2004年第13屆亞太腐蝕控制會議（APCCC）在島國召開，會議期間討論了多種有關大氣腐蝕方面的議題。其中有談到關于電化學阻抗遙感檢測耐候鋼的大氣腐蝕的問題。

光電材料可以起到降低碳鋼腐蝕電位的作用，光電材料本身的導帶位置必須高于碳鋼。這樣才會減緩對碳鋼腐蝕。目前正在以及未來會用到防腐上的光電材料包括SnO2、CdS、WO3、TiO2、SrTiO3、Zn3In2S4、In2O3、Cu2O等等。

Moucheng Li和其他的方法被用來在陽極氧化鈦箔稀堿溶液制備TiO2薄膜，并在紫外光照射下碳鋼的電位下降，TiO2薄膜的制備在120mV電壓耐腐蝕性能是最好的，但是在黑暗環境下的TiO2薄膜對碳鋼的腐蝕增強，所以說TiO2薄膜不能在黑暗中抗腐蝕，因此要探索一種無論白天或黑夜，用二氧化鈦可以與其他半導體或金屬，或其他方法相結合，使其能夠發揮對金屬的保護作用。Raghavan等。研究了不同比例的SnO2和TiO2的復合物對銅和銅的耐腐蝕性能，認為當質量比為1∶1時，保護能力最強，而TiO2將其多余的電子表面轉移到SnO2的表面，在黑暗中釋放電子，SnO2的禁帶寬度比TiO2寬，但導帶小于TiO2，所以導電性好，有利于電子的傳輸。

WO3具有存儲電子的能力，但不能直接保護金屬與WO3，Pailin將與TiO2結合研究的TiO2光催化系統的充放電行為，結果表明，當光照強度是<< 10mwcm-2（相對濕度控制在50%）在空氣中，該系統的充電率（TiO2的電子轉移到WO3的能力）隨著光照強度的增加而增加，而> 10mWcm-2影響不大；此外，充電率隨大氣濕度的增加（10mWcm-2）。

以WO3的存儲容量，Tetsu Tatsuma等研究了鍍層的電化學腐蝕TiO2-WO3。發現涂上一層WO3的開路電壓5h光TiO2電極增加但仍在腐蝕（腐蝕電壓電壓低于-0.1V，光-0.45V，暗-0.21V，相對于Ag/AgCl參比電極）并保持30h，當涂兩層WO3，在黑暗可以保持在60h。可以看出，WO3的存儲容量有利于金屬的耐腐蝕性，可應用于大氣腐蝕防護（由于其正導帶必須與其他半導體相結合）。

與TiO2納米顆粒相比，TiO2納米管陣列更有序、有序，與其他半導體相比，在電子顯微鏡下易于觀察，它可以應用于納米管的耐腐蝕性，與TiO2納米粒子相比，納米管可以更有效地提供表面活性中心，從而提高表面電荷和傳輸速率的最大量子產率。李靖等人對復合CdS在TiO2納米管陣列上的不銹鋼保護進行研究。這是發現304不銹鋼和CDS TNS實測極化電壓（TiO2）偶聯得到測的極化電壓比未偶聯的明顯更負（-460～-315mV）。涂CD TNS的304不銹鋼的腐蝕電位都低于自腐蝕電位，和光吸收波長紅移，在可見光區的吸收。經紫外線照射（360nm處），光照1h可以起到保護2h作用，雖然電壓增加，仍低于304不銹鋼的腐蝕電位。紫外-可見光譜和CD TNS TNS表明他們都有很強的吸收在紫外區域，后者在可見光區有明顯的吸收，因此，筆者采用白光和CD TNS 304不銹鋼避光1h后發現電壓只有輕微的增加可以保護超過19h多。可以看出，CDS TNS具有更好的電子存儲容量的白光。其原因是在紫外光照射下得到的電子空穴對具有較大的能量，在光斷后很容易被組合和失活。

在TNS系統中，CdS在系統中起著重要的作用，整個系統由于其禁帶寬度2.4eV，這增加了系統的吸收波長從紫外線到可見光范圍，它可以有效地降低電子空穴復合，尤其是在中性條件下，CdS的導帶位置遠低于304不銹鋼，但CDS本身不穩定，對環境造成兩次污染。

2 結語

我國科學技術的不斷進步，新的能源和技術不斷被開發，相信在未來的發展中，可以找到一種類似窄帶隙的CdS光電材料，而且不會造成二次污染。

[1] 孫愷，汲生榮，許文帥，等.光電材料在金屬防腐蝕中的應用[J].綠色科技，2012，（12）：248-249.

[2] 武朋飛，李謀成，肖美群，等.TiO_2薄膜的光電效應在金屬防腐蝕中的應用[J].腐蝕科學與防護技術，2005，（02）：104-106.

[3] 路晨，王海人，屈鈞娥，等.碳材料在金屬防腐蝕中的應用研究進展[J].腐蝕科學與防護技術，2014，（03）：254-258.

Application of Photoelectric Materials in Metal Corrosion Protection

Luo Chang-yuan

Metal corrosion has always been a big problem that has plagued us.In recent years，optoelectronic materials with its long life，non-toxic environmental protection and other advantages in the application of metal corrosion play an increasingly important role.Optoelectronic materials by electronic-hole method to replace the previous sacrif i cial anode anti-corrosion method，the separation of electrons and holes is to electrons can quickly reach the location of the cathode carbon，carbon steel potential to promote the reduction of air in the water vapor or organic gas is Hole oxidation，with carbon steel potential reduction is consumed by the photoelectric material around the water，organic gases and so on rather than optoelectronic material itself.In this paper，the application of optoelectronic materials in metal corrosion prevention is discussed for peer reference.

optoelectronic materials；metal corrosion protection；application

TG174.44

B

1003–6490（2017）03–0050–02