[发明专利]使光生阴极保护适于低电位金属及其合金保护的方法

说明书

本发明提供一种使光生阴极保护适于低电位金属及其合金保护的方法，包括以下步骤：需要保护低电位金属的前处理、高电位金属层的沉积、半导体膜的制备和PECCP的实现。本发明技术方案可延长高自腐蚀电位金属作为低自腐蚀电位金属物理保护屏障的时间，使PECCP技术用于低自腐蚀电位金属的防护，拓展PECCP技术应用范围。

技术领域

本发明为金属防护技术领域，具体为使光生阴极保护适于低电位金属及其合金保护的方法。

背景技术

光生阴极保护也叫光电化学阴极保护(PECCP)，该技术是将半导体直接沉积到金属表面或者通过半导体光阳极与腐蚀电位相对较正的金属偶联，半导体材料在光照条件下产生光生电子-空穴，光生电子直接或通过导线转移到保护金属，使金属电位负移，发生阴极极化和进入热力学稳定区域，从而使金属免受腐蚀。

近年诸多研究表明，PECCP技术可有效降低金属的腐蚀速率(例如，文献M.M.Momeni,et al.Mater.Res.Express,7(2020)086403和C.Feng,Z.Chen,etal.Corros.Sci.,166(2020)108441)。并且，与传统防腐方法(如涂层、外加电流或牺牲阳极阴极保护法)相比，PECCP技术无需外加电压、不会牺牲电极材料，可以利用太阳光能实现对金属的保护，更加绿色、经济和节能。目前，PECCP技术只能用于自腐蚀电位较正的金属。例如，中国发明专利CN201810035079.X介绍了对半导体材料TiO₂进行改性，提高不锈钢耐腐蚀性的方法。中国发明专利CN202011207881.6介绍了一种用于PECCP的纳米阵列复合光电材料的制备。在模拟太阳光照射下，光电材料与不锈钢或铜等金属偶联后，可产生较大的光生电流，在模拟海洋环境中展现了高效的PECCP性能。中国发明专利(申请号：CN201810035079.X)介绍了一种光电材料,该材料用于提高不锈钢耐腐蚀性能。钛基体经过氧化煅烧后形成管状纳米TiO₂薄膜,而后在ZnWO₄前驱体溶液中经水热处理获得ZnWO₄/TiO₂光电纳米复合膜。该材料对处于海洋等潮湿环境下的304不锈钢有优良的PECCP性能。中国发明专利(CN202011207881.6)介绍了一种用于PECCP的氧化铁复合二氧化钛薄膜光阳极的制备方法。所述方法是将氧化铁粉末均匀分散于二氧化钛溶胶中,再将得到的溶胶涂覆于FTO导电玻璃表面并烘干，退火处理得到氧化铁复合二氧化钛薄膜光阳极。该发明提升了二氧化钛薄膜的光响应范围与光电转换效率，可以给316L不锈钢提供有效的PECCP。中国发明专利(CN201510060613.9)和中国发明专利(CN201610401889.3)等均是以TiO₂半导体材料为基底进行改性，提高材料对304不锈钢的PECCP性能，其不同点主要在于对TiO₂半导体的改性方法不同。

但是，PECCP技术的防护原理表明该技术要求保护金属的自腐蚀电位要高于半导体材料的导带电位。否则，半导体材料在光照条件下产生的光生电子将无法转移到保护金属。现有文献和专利中所涉及的PECCP方法，均是通过对各种半导体材料修饰改性针对自腐蚀电位较正的金属或合金(如不锈钢、铜)。迄今为止，还没有将PECCP技术运用于自腐蚀电位极低金属或合金(如镁合金、铝合金)的报道。

发明内容

与现有PECCP技术利用半导体材料对保护金属直接阴极极化不同，本发明提出在欲保护的低自腐蚀电位金属表面引入腐蚀电位较高的金属层，通过PECCP技术对金属层直接保护而实现对自腐蚀电位较低金属的间接防护。在目前已经公开的专利或文献中，未见有与本发明中所述引入高电位金属层实现对低自腐蚀电位金属或合金进行防护的报道。

本发明通过在自腐蚀电位较低的金属表面沉积具有较高自腐蚀电位的金属层，使得光照下半导体产生的光生电子可以顺利转移到金属层上，实现PECCP对金属层的直接保护，从而延长金属层作为低电位金属基底物理屏障的时间，间接实现对低电位金属的防护，解决PECCP技术无法对低自腐蚀电位金属保护的问题。

具体技术方案为：