一種自驅(qū)動金屬腐蝕防護(hù)方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬腐蝕防護(hù)領(lǐng)域,特別涉及將環(huán)境中存在的各種能源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿淖则?qū)動金屬腐蝕防護(hù)方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料腐蝕問題遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域,同時其危害也遍及所有的行業(yè),包括冶金,化工,能源,交通,機(jī)械,航空航天,基礎(chǔ)設(shè)施等。因此,研究金屬材料的腐蝕與防護(hù),特別是防腐新技術(shù)對我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義。根據(jù)金屬材料的腐蝕機(jī)理,可知金屬材料的腐蝕損傷離不開金屬材料和環(huán)境(氣,液,固等介質(zhì))以及它們之間的界面反應(yīng),因此為了提高材料的耐蝕性可從形成保護(hù)層,改善腐蝕環(huán)境與電化學(xué)保護(hù)等三個方面入手。其中電化學(xué)保護(hù)法也稱陰極保護(hù)法,即通過向金屬注入電子,使金屬成為腐蝕電極中的陰極,阻止或者減輕金屬發(fā)生自腐蝕。目前,陰極保護(hù)主要包括犧牲陽極陰極保護(hù)和強制電流陰極保護(hù)。犧牲陽極法雖然一次性投入的費用低,且保護(hù)的過程中不會產(chǎn)生過保護(hù),但是保護(hù)范圍較小,且比較容易受到外界環(huán)境的干擾,并且需要定時更換陽極材料。強制電流陰極保護(hù)法雖然能夠在較大范圍內(nèi)對金屬進(jìn)行保護(hù),但是離不開外界電源的供電,成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003](一)要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明涉及的自驅(qū)動金屬腐蝕防護(hù)方法,將環(huán)境中普遍存在的機(jī)械能或者太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑢饘龠M(jìn)行陰極保護(hù),所產(chǎn)生的電能為陰極金屬保護(hù)系統(tǒng)注入電流,可以解決傳統(tǒng)陰極保護(hù)無法離開外電源或者需要更換犧牲陽極的問題。
[0005]( 二)技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明將環(huán)境中普遍存在的各種形式的機(jī)械能,如風(fēng)能、潮汐、海浪等,轉(zhuǎn)化為電能,或者將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,通過將交流電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化為直流電信號之后與需要進(jìn)行保護(hù)的金屬相連,將電子注入到金屬例如鋼材中,使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài),從而使被保護(hù)金屬的極化電位低于周圍環(huán)境,致使氧化反應(yīng)過電位減小,反應(yīng)速度減小,最終使得腐蝕速度減小。
[0007]本發(fā)明提供一種自驅(qū)動金屬腐蝕防護(hù)方法,包括步驟:
[0008]提供發(fā)電部件,所述發(fā)電部件在機(jī)械能和/或太陽能作用下產(chǎn)生電信號;
[0009]若所述電信號為交流電信號,將所述電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘枺?br>[0010]將所述電信號施加在置于腐蝕介質(zhì)中的金屬和對電極上,其中,所述金屬的電位低于所述對電極的電位。
[0011]優(yōu)選的,將所述發(fā)電部件產(chǎn)生的電信號通過整流元件轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘枺?br>[0012]或者,將所述發(fā)電部件產(chǎn)生的電信號存儲在儲能元件中,通過所述儲能元件輸出直流電信號。
[0013]優(yōu)選的,將所述金屬和對電極置于同一腐蝕介質(zhì)中。
[0014]優(yōu)選的,將所述金屬和對電極置于兩個獨立的腐蝕介質(zhì)中,所述兩個獨立的腐蝕介質(zhì)之間通過鹽橋進(jìn)行連接。
[0015]優(yōu)選的,所述兩個獨立的腐蝕介質(zhì)成分相同或者不相同。
[0016]優(yōu)選的,還包括增大所述金屬和對電極間電阻的步驟,具體為:
[0017]將所述金屬和對電極置于兩個獨立的腐蝕介質(zhì)中,所述兩個獨立的腐蝕介質(zhì)成分相同,所述兩個獨立的腐蝕介質(zhì)之間通過充滿腐蝕介質(zhì)的毛細(xì)管進(jìn)行連接。
[0018]優(yōu)選的,所述毛細(xì)管的長度范圍為0.5米-2米;所述毛細(xì)管的直徑范圍為0.3毫米-1毫米。
[0019]優(yōu)選的,還包括步驟:測量所述金屬的陰極極化電位,所述陰極極化電位為所述金屬與參比電極之間的電位,其中,所述參比電極與所述對電極置于同一腐蝕介質(zhì)中。
[0020]優(yōu)選的,如果采用飽和甘汞電極作為參比電極,所述陰極極化電位范圍為_120mV到-5.32V ;如果采用其它參比電極,根據(jù)兩種參比電極對應(yīng)的參比電位差值確定所述陰極極化電位范圍。
[0021]優(yōu)選的,所述發(fā)電部件包括摩擦發(fā)電機(jī)、壓電式發(fā)電機(jī)和/或太陽能電池,其中:
[0022]所述摩擦發(fā)電機(jī),包括兩種不同摩擦電序的摩擦材料,其相互接觸摩擦?xí)r表面帶有等量異號電荷,在所述機(jī)械能的作用下兩個所述摩擦材料互相滑動錯位使接觸面積發(fā)生變化,或者互相接觸分離,使與兩種所述摩擦材料分別接觸設(shè)置的電極之間產(chǎn)生電勢差;兩個所述摩擦材料在所述機(jī)械能作用下發(fā)生往復(fù)摩擦運動或者接觸分離運動時,在兩個電極之間形成交流電信號;
[0023]或者,所述摩擦發(fā)電機(jī),包括兩種不同摩擦電序的摩擦材料,其相互接觸摩擦?xí)r表面帶有等量異號電荷,在所述機(jī)械能的作用下兩個所述摩擦材料互相滑動錯位使接觸面積發(fā)生變化,或者互相接觸分離,使與所述摩擦材料接觸設(shè)置的電極與等電位之間產(chǎn)生電勢差;兩個所述摩擦材料在外力作用下發(fā)生往復(fù)摩擦運動或者接觸分離運動時,在所述電極和等電位之間形成交流電信號;
[0024]所述壓電式發(fā)電機(jī),包括從上至下層疊緊密接觸的頂電極、介質(zhì)層、壓電材料層和底電極,其中,所述壓電材料層采用的壓電材料為具有壓電性質(zhì)的材料。
[0025]優(yōu)選的,所述摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電量值不小于0.4mC/min。
[0026]優(yōu)選的,所述陰極極化電位范圍為_500mV至_1.2V。
[0027]相應(yīng)的,本發(fā)明還提供一種自驅(qū)動金屬腐蝕防護(hù)系統(tǒng),包括:發(fā)電部件、與所述發(fā)電部件連接的電流轉(zhuǎn)換單元和對電極,其中,
[0028]所述電流轉(zhuǎn)換單元的輸出端正極連接所述對電極,負(fù)極連接需要防護(hù)的金屬;其中,所述發(fā)電部件用于吸收機(jī)械能或者太陽能產(chǎn)生電信號;所述電流轉(zhuǎn)換單元用于將所發(fā)電部件產(chǎn)生的交流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘?;對電極置于腐蝕介質(zhì)中,用于與需要防護(hù)的金屬形成回路。
[0029]優(yōu)選的,所述電流轉(zhuǎn)換單元為整流元件或者儲能元件。
[0030]優(yōu)選的,所述發(fā)電部件包括摩擦發(fā)電機(jī)、壓電式發(fā)電機(jī)和/或太陽能電池,其中:
[0031]所述摩擦發(fā)電機(jī),包括兩種不同摩擦電序的摩擦材料,其相互接觸摩擦?xí)r表面帶有等量異號電荷,在所述機(jī)械能的作用下兩個所述摩擦材料互相滑動錯位使接觸面積發(fā)生變化,或者互相接觸分離,使與兩種所述摩擦材料分別接觸設(shè)置的電極之間產(chǎn)生電勢差;兩個所述摩擦材料在所述機(jī)械能作用下發(fā)生往復(fù)摩擦運動或者接觸分離運動時,在兩個電極之間形成交流電信號;
[0032]或者,所述摩擦發(fā)電機(jī),包括兩種不同摩擦電序的摩擦材料,其相互接觸摩擦?xí)r表面帶有等量異號電荷,在所述機(jī)械能的作用下兩個所述摩擦材料互相滑動錯位使接觸面積發(fā)生變化,或者互相接觸分離,使與所述摩擦材料接觸設(shè)置的電極與等電位之間產(chǎn)生電勢差;兩個所述摩擦材料在外力作用下發(fā)生往復(fù)摩擦運動或者接觸分離運動時,在所述電極和等電位之間形成交流電信號;
[0033]所述壓電式發(fā)電機(jī),包括從上至下層疊緊密接觸的頂電極、介質(zhì)層、壓電材料層和底電極,其中,所述壓電材料層采用的壓電材料為具有壓電性質(zhì)的材料。
[0034]優(yōu)選的,所述摩擦發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)動式摩擦發(fā)電機(jī),包括兩個相互轉(zhuǎn)動的部件,兩個部件均為相同的周期扇區(qū)的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu),每個部件均為摩擦材料層與電極材料層層疊形成,兩個部件圍繞轉(zhuǎn)動中心互相轉(zhuǎn)動時,兩種摩擦材料能夠在完全重合與完全分離之間變化,在與兩個摩擦材料相互接觸設(shè)置的電極上有交流電信號輸出。
[0035]優(yōu)選的,所述對電極與需要保護(hù)的金屬置于同一腐蝕介質(zhì)中。
[0036]優(yōu)選的,所述金屬和對電極置于兩個獨立的腐蝕介質(zhì)中,所述兩個獨立的腐蝕介質(zhì)之間通過鹽橋進(jìn)行連接。
[0037]優(yōu)選的,所述兩個獨立的腐蝕介質(zhì)成分相同或者不相同。
[0038]優(yōu)選的,所述金屬和對電極置于兩個獨立的腐蝕介質(zhì)中,所述兩個獨立的腐蝕介質(zhì)成分相同,還包括電阻調(diào)整單元,所述電阻調(diào)整單元為將兩個獨立的腐蝕介質(zhì)連通的結(jié)構(gòu)。
[0039]優(yōu)選的,所述電阻調(diào)整單元為充滿所述腐蝕介質(zhì)的毛細(xì)管。
[0040]優(yōu)選的,所述毛細(xì)管的長度范圍為0.5-2米;所述毛細(xì)管的直徑范圍為0.3-1毫米。
[0041]優(yōu)選的,還包括參比電極,所述參比電極與所述對電極置于同一腐蝕介質(zhì)中;所述參比電極用于測量參比電極與需要防護(hù)金屬之間的電位。
[0042](三)有益效果
[0043]本發(fā)明提出的自驅(qū)動金屬腐蝕防護(hù)方法和系統(tǒng)具有下列優(yōu)點:
[0044]1、能夠利用環(huán)境中普遍存在的風(fēng)能、海浪、人類活動、輪胎轉(zhuǎn)動等機(jī)械能,以及太陽能,產(chǎn)生電能,為金屬提供陰極保護(hù)的電源。克服傳統(tǒng)陰極保護(hù)需要外電源或者犧牲陽極的缺點,在能源重復(fù)利用的同時進(jìn)行有效的陰極保護(hù),特別適用于海洋,孤島,偏遠(yuǎn)地區(qū)等無法通過外電源供電的地區(qū)。
[0045]2、本發(fā)明中采用的摩擦發(fā)電機(jī)、壓電式發(fā)電機(jī),各部分的材料可選范圍寬,制備工藝簡單,整個器件的制造工藝不需要昂貴的原材料和先進(jìn)的制造設(shè)備,可以克服傳統(tǒng)陰極保護(hù)技術(shù)成本較高的問題,有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和實際應(yīng)用。
【附圖說明】
[0046]通過附圖所示,本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖,重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0047]圖1為基于摩擦發(fā)電機(jī)的金屬腐蝕防護(hù)方法的流程示意圖;
[0048]圖2為滑動式摩擦發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0049]圖3為單電極式摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0050]圖4為壓電式發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0051]圖5為滑動式摩擦發(fā)電機(jī)的摩擦材料為周期扇區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0052]圖6為基于摩擦發(fā)電機(jī)的金屬腐蝕防護(hù)系統(tǒng)一個實施例的意圖;
[0053]圖7為摩擦發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速lOOrpm條件下403不