一种防止涂层破损处金属基底腐蚀的方法

本发明涉及金属腐蚀与防护，具体涉及一种防止涂层破损处金属基底腐蚀的方法。

背景技术：

1、涂层通常具有良好的附着力、耐久性和化学稳定性，能够保护金属免受外界氧气、湿气、化学物质等腐蚀性介质的侵蚀。因此，涂层作为一种常用的防腐技术，被广泛用于海洋平台、船舶、桥梁、建筑结构、油气管道等领域。然而，涂层长期暴露在恶劣的腐蚀环境中会发生老化、脆化，甚至脱落，从而产生缺陷。处于涂层破损处的金属基底会发生快速腐蚀，导致金属结构物的机械强度降低，使用寿命缩短，甚至引发严重的安全事故。

2、采用涂层与阴极保护法协同保护的方法可以有效降低涂层破损处的金属腐蚀速率。通过外部电源施加适当的电流，整个金属结构物成为阴极，使其电位负移并发生阴极极化，从而抑制破损处阳极区金属的电子释放，保护涂层破损处的金属基底。

3、cn 112760655a公开了一种大气环境下对金属利用涂层和外加电流阴极联合保护技术，在所述金属表面依次涂敷有底漆层，导电涂层和面漆层；所述金属和导电涂层通过导线连接直流电源；其中，所述金属与直流电源负极连接，所述导电涂层与直流电源的正极连接。通过给金属与导电涂层之间施加一定的电源，当涂层出现微裂纹时，金属表面的薄液膜沿着裂纹渗入充当电解质溶液，实现了外加电流阴极保护技术。但是常规的阴极保护需要外部电源提供电能，从而显著增加能耗。

4、摩擦纳米发电机作为一种新型的能源转换技术，能够将自然界中存在的机械能转化为电能，具有工艺简单、成本低、零碳排放、自供电等优势，逐渐发展成为一种新型智能化摩擦电式阴极保护。cn 110318058a公开了一种利用波浪能发电防止海工平台海潮差腐蚀的方法，通过摩擦纳米发电机网络将海洋波浪能转变为交流电能，并将交流电能转变为直流电能后，将直流电能施加在海工平台腐蚀金属和对电极上。基于阴极保护的原理，摩擦纳米发电机可用于防止涂层破损处裸露金属基底的局部腐蚀，而现有技术中对于利用摩擦纳米发电机防止涂层破损处金属腐蚀的研究较少。

5、因此，针对现有技术的不足，亟需提供一种成本低、防腐蚀效果好且没有能耗问题的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种防止涂层破损处金属基底腐蚀的方法，采用摩擦纳米发电机将风能转变为电能，为涂层破损处的金属基底提供有效的阴极保护。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种防止涂层破损处金属基底腐蚀的方法，所述方法包括如下步骤：

4、摩擦纳米发电机在风能驱动下产生交流电信号，经过整流后作为电源，所述电源的负极连接涂覆有破损涂层的金属基底，电源的正极连接对电极，实现对涂层破损处金属基底的腐蚀防护；

5、所述摩擦纳米发电机包括层叠设置的底部固定层、中间垫片以及顶部振动层。

6、本发明提供的防止涂层破损处金属基底腐蚀的方法，利用摩擦纳米发电机，在风能驱动下，使得顶部振动层与底部固定层发生周期性地接触与分离，从而产生交流电信号，整流后作为电源，构筑阴极保护系统，为涂层破损处的金属基底提供有效的阴极保护，克服了传统阴极保护中电能的损耗，具有自供电、零碳排放等优势，尤其适用于满足缺乏电力基础设施的偏远地区金属构筑物或设备表面的涂层缺陷处的防腐需求。

7、优选地，沿指向所述顶部振动层的方向，所述底部固定层包括依次层叠设置的支撑层、导电层以及摩擦层。

8、优选地，所述支撑层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯板或亚克力板。

9、优选地，所述导电层包括铜胶带、镀银膜或镀金膜中的任意一种。

10、优选地，所述摩擦层包括聚偏二氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚酰亚胺膜或聚二甲基硅氧烷膜中的任意一种。

11、优选地，所述中间垫片的材质包括橡胶。

12、优选地，所述中间垫片的厚度为1-8mm，例如可以是1mm、3mm、4mm、5mm或8mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为3-5mm。

13、优选地，沿指向所述底部固定层的方向，所述顶部振动层包括依次层叠设置的柔性薄膜基底与导电聚合物。

14、本发明中通过原位化学聚合的方法在柔性薄膜基底上生长导电聚合物。

15、优选地，所述导电聚合物同时作为导电层与摩擦层。

16、优选地，所述柔性薄膜基底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚酰亚胺膜。

17、优选地，所述导电聚合物包括聚苯胺膜或聚吡咯膜。

18、本发明中采用的摩擦纳米发电机，其材料选择广泛、工艺简单、价格低廉，克服了传统阴极保护设备成本和技术成本高昂的问题，同时具有显著的阴极保护效果。

19、优选地，所述底部固定层与顶部振动层之间通过中间垫片的分隔形成通风通道。

20、优选地，所述风能驱动中控制风速为3-15m/s，所述摩擦纳米发电机的最大输出电流为20-200μa。

21、所述摩擦纳米发电机的输出性能可以通过改变风速的大小进行调控。

22、所述风速为3-15m/s，例如可以是3m/s、6m/s、9m/s、13m/s或15m/s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

23、所述最大输出电流为20-200μa，例如可以是20μa、50μa、100μa、160μa或200μa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

24、优选地，所述整流为采用整流桥将交流电能转换为直流电能。

25、本发明所述摩擦纳米发电机的电流呈现出交流电的特征，因此，在实际的阴极保护应用中，需采用整流桥将交流电能转变成直流电能。

26、优选地，所述破损涂层的种类包括环氧树脂涂层、聚氨酯涂层、丙烯酸涂层或聚酯涂层中的任意一种。

27、优选地，所述破损涂层的原始厚度为20-300μm，例如可以是20μm、100μm、150μm、200μm或300μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

28、优选地，所述金属基底的种类包括纯铁或碳钢。

29、优选地，所述对电极的种类包括铂电极或石墨电极。

30、作为本发明所述的方法的优选技术方案，所述方法包括如下步骤：

31、摩擦纳米发电机在风速为3-15m/s的风能驱动下产生交流电信号，最大输出电流为20-200μa，经过整流桥将交流电能转换为直流电能后作为电源，所述电源的负极连接涂覆有原始厚度为20-300μm的破损涂层的金属基底，电源的正极连接对电极，实现对涂层破损处金属基底的腐蚀防护；

32、所述摩擦纳米发电机包括层叠设置的底部固定层、中间垫片以及顶部振动层；沿指向所述顶部振动层的方向，所述底部固定层包括依次层叠设置的支撑层、导电层以及摩擦层；所述中间垫片的厚度为1-8mm；沿指向所述底部固定层的方向，所述顶部振动层包括依次层叠设置的柔性薄膜基底与导电聚合物；所述导电聚合物同时作为导电层与摩擦层；所述底部固定层与顶部振动层之间通过中间垫片的分隔形成通风通道。

33、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

34、(1)本发明提供的防止涂层破损处金属基底腐蚀的方法，利用摩擦纳米发电机，在风能驱动下，使得顶部振动层与底部固定层发生周期性地接触与分离，从而产生交流电信号，整流后作为电源，构筑阴极保护系统，为涂层破损处的金属基底提供有效的阴极保护，克服了传统阴极保护中电能的损耗，具有自供电、零碳排放等优势，尤其适用于满足缺乏电力基础设施的偏远地区金属构筑物或设备表面的涂层缺陷处的防腐需求；

35、(2)本发明中采用的摩擦纳米发电机，其材料选择广泛、工艺简单、价格低廉，克服了传统阴极保护设备成本和技术成本高昂的问题，同时具有显著的阴极保护效果。