光电材料在金属防腐蚀中的应用

骆昌远

（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110000）

光电材料在金属防腐蚀中的应用

骆昌远

（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110000）

金属腐蚀问题一直以来是困扰我们的大问题。近年来，光电材料凭借其寿命长、无毒环保等优势在金属防腐的应用中发挥越来越大的作用。光电材料通过电子-空穴方法替代从前牺牲阳极的防腐蚀方法，电子与空穴的分离是为了电子能够快速达到阴极碳的位置，促成碳钢电位降低，空气中的水蒸气或有机气体是被空穴氧化，伴随碳钢电位降低所耗用的是光电材料周围的水、有机气体等而不是光电材料本身。主要对光电材料在金属防腐蚀中的应用进行了探讨，以供同行借鉴。

光电材料；金属防腐蚀；应用

金属设备以及金属元件一般暴露在空气之中，其表面会因为温差而不断形成水膜，当水膜中的溶解氧积累到一定程度时，水膜与金属发生腐蚀反应，导致大气腐蚀。传统的金属腐蚀方法以牺牲阳极为代价，采用活性金属，如锌块作为负极的氧化反应，减少或减缓金属的腐蚀。

防腐涂料也是以锌和锌合金为原料，利用牺牲阳极来保护金属，此外，润湿和干燥循环被用来模拟大气环境的涂层。采用电化学和表面分析技术研究了涂层的耐蚀性和机理。

1 光电材料在金属防腐蚀中的研究过程

20世纪初，人们对大气防腐问题开始关注并开始实施探索，有关材料的大气腐蚀试验在美国材料试验学会（ASTM）开始实施。日本的地理位置为大气腐蚀这一领域的研究提供适应的气候条件。2004年第13届亚太腐蚀控制会议（APCCC）在岛国召开，会议期间讨论了多种有关大气腐蚀方面的议题。其中有谈到关于电化学阻抗遥感检测耐候钢的大气腐蚀的问题。

光电材料可以起到降低碳钢腐蚀电位的作用，光电材料本身的导带位置必须高于碳钢。这样才会减缓对碳钢腐蚀。目前正在以及未来会用到防腐上的光电材料包括SnO2、CdS、WO3、TiO2、SrTiO3、Zn3In2S4、In2O3、Cu2O等等。

Moucheng Li和其他的方法被用来在阳极氧化钛箔稀碱溶液制备TiO2薄膜，并在紫外光照射下碳钢的电位下降，TiO2薄膜的制备在120mV电压耐腐蚀性能是最好的，但是在黑暗环境下的TiO2薄膜对碳钢的腐蚀增强，所以说TiO2薄膜不能在黑暗中抗腐蚀，因此要探索一种无论白天或黑夜，用二氧化钛可以与其他半导体或金属，或其他方法相结合，使其能够发挥对金属的保护作用。Raghavan等。研究了不同比例的SnO2和TiO2的复合物对铜和铜的耐腐蚀性能，认为当质量比为1∶1时，保护能力最强，而TiO2将其多余的电子表面转移到SnO2的表面，在黑暗中释放电子，SnO2的禁带宽度比TiO2宽，但导带小于TiO2，所以导电性好，有利于电子的传输。

WO3具有存储电子的能力，但不能直接保护金属与WO3，Pailin将与TiO2结合研究的TiO2光催化系统的充放电行为，结果表明，当光照强度是<< 10mwcm-2（相对湿度控制在50%）在空气中，该系统的充电率（TiO2的电子转移到WO3的能力）随着光照强度的增加而增加，而> 10mWcm-2影响不大；此外，充电率随大气湿度的增加（10mWcm-2）。

以WO3的存储容量，Tetsu Tatsuma等研究了镀层的电化学腐蚀TiO2-WO3。发现涂上一层WO3的开路电压5h光TiO2电极增加但仍在腐蚀（腐蚀电压电压低于-0.1V，光-0.45V，暗-0.21V，相对于Ag/AgCl参比电极）并保持30h，当涂两层WO3，在黑暗可以保持在60h。可以看出，WO3的存储容量有利于金属的耐腐蚀性，可应用于大气腐蚀防护（由于其正导带必须与其他半导体相结合）。

与TiO2纳米颗粒相比，TiO2纳米管阵列更有序、有序，与其他半导体相比，在电子显微镜下易于观察，它可以应用于纳米管的耐腐蚀性，与TiO2纳米粒子相比，纳米管可以更有效地提供表面活性中心，从而提高表面电荷和传输速率的最大量子产率。李靖等人对复合CdS在TiO2纳米管阵列上的不锈钢保护进行研究。这是发现304不锈钢和CDS TNS实测极化电压（TiO2）偶联得到测的极化电压比未偶联的明显更负（-460～-315mV）。涂CD TNS的304不锈钢的腐蚀电位都低于自腐蚀电位，和光吸收波长红移，在可见光区的吸收。经紫外线照射（360nm处），光照1h可以起到保护2h作用，虽然电压增加，仍低于304不锈钢的腐蚀电位。紫外-可见光谱和CD TNS TNS表明他们都有很强的吸收在紫外区域，后者在可见光区有明显的吸收，因此，笔者采用白光和CD TNS 304不锈钢避光1h后发现电压只有轻微的增加可以保护超过19h多。可以看出，CDS TNS具有更好的电子存储容量的白光。其原因是在紫外光照射下得到的电子空穴对具有较大的能量，在光断后很容易被组合和失活。

在TNS系统中，CdS在系统中起着重要的作用，整个系统由于其禁带宽度2.4eV，这增加了系统的吸收波长从紫外线到可见光范围，它可以有效地降低电子空穴复合，尤其是在中性条件下，CdS的导带位置远低于304不锈钢，但CDS本身不稳定，对环境造成两次污染。

2 结语

我国科学技术的不断进步，新的能源和技术不断被开发，相信在未来的发展中，可以找到一种类似窄带隙的CdS光电材料，而且不会造成二次污染。

[1] 孙恺，汲生荣，许文帅，等.光电材料在金属防腐蚀中的应用[J].绿色科技，2012，（12）：248-249.

[2] 武朋飞，李谋成，肖美群，等.TiO_2薄膜的光电效应在金属防腐蚀中的应用[J].腐蚀科学与防护技术，2005，（02）：104-106.

[3] 路晨，王海人，屈钧娥，等.碳材料在金属防腐蚀中的应用研究进展[J].腐蚀科学与防护技术，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