基于海洋環境金屬防腐蝕的專利技術分析

彭春玉

摘? 要：文章從中國專利申請的角度出發，對基于海洋環境中的金屬防腐蝕技術的創新現狀進行了深入分析，并對相關技術進行了介紹。

關鍵詞：金屬腐蝕;海洋環境;專利

中圖分類號：P76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）06-0028-02

1 概述

腐蝕是金屬材料和環境相互作用所產生的一種自然現象，然而海洋環境是一個特定的極為復雜的腐蝕環境。海洋大氣中含有較多的海鹽料子;海水是一種強電解質溶液，對材料的腐蝕作用因海洋環境的不同有很大差異，海底沉積物環境與普通的土壤腐蝕也大不相同[1]。海上裝備和工作設施用到的金屬材料尤其是鋼鐵，在海洋環境中受到的腐蝕破壞問題不容忽視，許多相關領域的企業或科研院所均進行了研究，并且進行了專利申請。而針對海洋腐蝕的防護用的最多的是電化學防護方法，有關電化學金屬腐蝕防護的專利申請的國際專利分類號主要集中在C23F13/00，本文數據通過在國家知識產權局專利局的專利檢索與服務系統中的中國專利文摘數據庫 （China Patent Abstract Database，簡稱“CNABS”）及德溫特世界專利索引數據庫（簡稱：DWPI）中海洋腐蝕與防護領域的專利申請，根據國際專利分類號分布，主要以分類號 C23F13/00（用陽極或陰極保護法的金屬防腐蝕）為檢索入口結合關鍵詞進行統計分析，檢索結果主要涉及發明專利申請。

2 專利申請概況及分析

有關海洋腐蝕防護的專利申請，作者在CNABS和DWPI專利數據庫中進行了檢索和統計。通過對申請人所屬地區統計發現，專利申請量最大國家為日本共165件，其次是中國128件，接著是英國69件、美國46件、法國33件、德國27件，其余國家則相對較少。由此可以看出，關于海洋的金屬腐蝕防護在日本申請量最大，中國次之。日本屬于島國，處于海洋包圍的環境，其海洋環境的腐蝕相對較為嚴重，因此該國在該方面的研究與其他國家相比相對較大。本文針對全世界在中國就海洋環境腐蝕的防護申請的專利進行分析。截止2017年12月31日，該領域全世界的相關申請共587件（已排除同族類申請），其中在中國申請共180件，通過進一步篩選后最終提取出103件。本文所做的相關統計和分析均基于這103件專利申請文件。圖1為該領域國內申請人和國外申請人在中國申請量的時間分布圖，從圖中可以看出國內申請人在該領域的申請量從2000年后處于快速攀升狀態，相比之下國外的申請量（即國外申請人在中國申請量）則一直處于較低水平。

2.1 國內外申請人地域分布

由于所涉及103件均為在華專利申請，因此國內申請人的申請量占絕大多數。通過對國內各省份的專利申請量進行分析，發現大部分申請都集中在沿海的省份的沿海城市，產生如此大的地域差異性，與海洋環境腐蝕發生地域具有密不可分的關系。

2.2 國內外主要申請人

在該領域的重要申請人當中，中國海洋石油總公司及中國船舶重工集團公司第七二五研究所占有絕對的優勢，而其它公司，如鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所、大連科邁爾防腐科技有限公司也有較多的研究。

不難發現，企業（47件）及研究所（28件）為該領域的主要研發力量，由于海洋腐蝕多涉及于大型的設備及工作設施，對其的研究需投入較大的人力、物力及研究場地，普通大專院校及個人較難達到所需的研發條件。在所涉及的103件專利申請中，大專院校（16件）在專利申請量只占了不到16%，其中洛陽理工學院在該分類號下有5件發明專利申請，主要涉及犧牲陽極材料的研究;此外，還有少數的個人申請，主要也是涉及犧牲陽極材料方面。

通過統計國內海洋金屬防腐蝕所有申請的主分類號并剔除其中的噪音，可以發現，絕大多數的申請被分入了陰極保護裝置的結構部件或組件（C23F13/06）這一分類號及其下級點組的分類號下，主要涉及犧牲陽極用的材料（C23F13/14）、陰極保護所用的檢測裝置（C23F13/22）的研究。

3 基于海洋環境金屬防腐蝕的專利介紹

基于海洋環境金屬防腐蝕的專利技術的創新主要在以下幾個方面：

3.1 以材料為特征的電極

北京科技大學[2]研究一種適合于深海環境中具有高電流效率的鋁合金犧牲陽極。該犧牲陽極以鋁為基體，加入鋅、銦、錫、鎂、鈦合金元素，具體成分配比為（wt%）：鋅4.0～6.0%，銦0.020～0.030%，錫0.05～0.10%，鎂0.5～1.0%，鈦0.05～1.0%，其中雜質鐵<0.050%，銅<0.010%，余量為鋁。采用真空冶煉的方法制備。在模擬深海環境中，測試得到該系列犧牲陽極的電流效率在92%以上，開路電位-1.05～-1.20之間，活化性能較好，溶解均勻，腐蝕產物易于脫落?？捎糜谏詈－h境中金屬構件的陰極保護。

3.2 以結構為特征的防腐蝕系統

株式會社日立制作所[3]開發的電防蝕系統及海水淡化裝置，可以低成本及高效率地提高海水泵、海水淡化系統等的配管材料的耐蝕性，用于抑制通水用的配管的腐蝕，具有：電防蝕用的陽極電極，所述陽極電極由介于將配管的接頭部分連接的凸緣部之間的兩個絕緣墊片夾持成除一部分之外被覆蓋，所述一部分從墊片露出而構成在配管的內部與水接觸的水接觸面;陽極電極用的端子，所述端子至少一部分由墊片夾持;直流電源，所述直流電源經由端子及電線與陽極電極和配管連接，使防蝕電流在配管的通水部中流動;第一密封構件，其密封凸緣部與墊片之間;第二密封構件，其密封墊片與端子之間或陽極電極與端子之間;以及第三密封構件，其密封連接器的外周。

3.3 陰極保護裝置的結構

福建煉油化工有限公司及中國科學院福建物質結構研究所二部[4]在碳鋼冷卻管內壁涂以一層有機涂層，在海水入口室安裝一鋁（或鋅）犧牲陽極并以導線與冷卻管連接。這樣，當海水進入冷卻管時，犧牲陽極和海水與冷卻管組成一原電池。其中鋁犧牲陽極電位低，成為電池陽極，逐漸轉化為鋁離子并釋放出電子。原電池產生的電流（陰極保護電流）從陽極經海水進入冷卻管之后，因管壁已有一層高電阻涂層，僅有小部分的電流分流到管口附近的管壁，大部分電流繼續沿管軸流向管內深處并均勻地分流到管壁，使管壁各點都能得到陰極保護，有效地防止海水對管壁的腐蝕，解決了施加陰極保護時存在的陰極保護距離太短和陰極保護電流太大的問題。

中國艦船研究設計中心[5]提出了一種解決艦船螺旋槳污損問題的方法，包括如下步驟：（1）艦船系泊狀態螺旋槳靜止時，以艦船原有電解海水產生的次氯酸根離子[C1O]-和酰胺類膠體物質在螺旋槳槳葉表面，形成亞穩態的酰胺類膠體/[C1O]-聚集層，阻斷海生動植物直接在螺旋槳槳葉表面的附著路徑，使槳葉區域[C1O]-濃度增加殺滅海生物;（2）艦船航行狀態，螺旋槳旋轉，流體產生的剪切作用導致附著在螺旋槳槳葉表面的亞穩態酰胺類膠體/[C1O]-聚集層及其表面聚集的雜質被剝離。本發明有效提高電化學防污技術效果，保護螺旋槳免受海生物的污損;同時，流體在螺旋槳表面的剪切作用剝離亞穩態酰胺類膠體/[C1O]-聚集層，避免海生物的附著。

4 結束語

本文從中國專利的視角出發，對基于海洋環境中的金屬防腐蝕技術的創新現狀進行了深入分析，并對相關技術進行了介紹，以期客觀展現我國海洋防腐蝕領域的創新現狀。從以上的分析可以看出：目前的研究主要集中在犧牲陽極用材料及防腐蝕系統的結構上，在未來的海洋腐蝕研究的方向上，我們期待有新的突破，提升我國海洋腐蝕研究的總體水平。

參考文獻：

[1]侯保榮，等.海洋腐蝕環境理論及其應用[M].科學出版社，1999，2.

[2]北京科技大學.一種適合于深海環境中具有高電流效率的鋁合金犧牲陽極[P].CN104060280B，2016-08-24.

[3]株式會社日立制作所.電防蝕系統、海水泵及海水淡化裝置[P].CN104947117B，2018-01-30.

[4]福建煉油化工有限公司，中國科學院福建物質結構研究所二部.碳鋼冷卻器防海水腐蝕的方法與裝置[P].CN1072280C，2001-10-

03.

[5]中國艦船研究設計中心.一種解決艦船螺旋槳污損問題的方法[P].CN106347602B，2018-06-12.