碳材料在金属防腐蚀中的应用

熊凌燕沈阳师范大学

碳材料在金属防腐蚀中的应用

熊凌燕
沈阳师范大学

碳材料是一个广泛的概念，比如自然界当中的石墨和金刚石都是由碳分子组成的，在实际的运用当中，石墨和金刚石对金属的防腐蚀有着十分有效的效果，可以大幅度提高金属的使用寿命。基于这样的背景之下，本文对碳材料在金属防腐蚀当中的运用进行了具体的分析，以此提高金属的使用寿命，减少生产成本的投入，实现最大的经济效益。

碳材料；金属；防腐；应用

金属材料在长期的使用过程中，由于周围环境的变化，再加上相关的物理变化和化学变化，影响了金属材料正常的使用功能，这样的情况就是金属的腐蚀。我国是工业大国，金属材料在我国工业的发展当中有着十分重要的作用。根据有关的统计数据显示，在发达国家，金属腐蚀造成的经济损失占到了国民生产总值的1%-4%，而在我国，由于对金属腐蚀的认识不够。每年金属腐蚀造成的经济损失高达300亿以上，这其中的25%是可以通过采取有效的防腐蚀技术来避免的。所以，加强对金属的防腐蚀处理，有着十分重要的经济意义和现实意义。

一、石墨、类金刚石的应用

长期以来，人们采取了不同的技术手段对金属进行防腐蚀处理。其中，由于碳材料价格低廉、化学性质和物理性质都相对稳定。所以，碳材料在金属防腐蚀当中被广泛运用。

石墨和类金刚石就具有很好的代表性。石墨的化学性质和物理性质都相对稳定，一般情况下，石墨在400℃以上才能进行熔化，同时不受酸碱盐的腐蚀，是非常理想的防腐蚀材料。在用石墨对金属进行防腐蚀处理的时候，一般情况下是将石墨以涂料的方式涂抹到金属上，这是对金属进行最直接的防腐蚀处理。同时还可以将石墨处理成石墨颗粒的形式来进行金属的防腐蚀处理。随着石墨颗粒附着在金属之上，金属的自腐蚀电流就会明显降低，同时也说明了材料的腐蚀速率有了很大的降低。所以，尽管将石墨附着在金属之上降低了腐蚀的电位，但同时也在一定程度上降低了腐蚀的电流，所以在最大程度上提高了金属的抗腐蚀能力。

二、碳纳米管的应用

近年以来，由于纳米技术取得了突破性的进展，纳米技术被运用于多个生产领域，在金属防腐蚀技术当中采用碳纳米管的方式，可以取得最佳的防腐蚀效果。根据现有的技术，碳纳米管一般是通过超声波分散的技术制备出有关碳纳米管的复合型涂料，将金属的表面经过清理过后，就可以将碳纳米管的复合型涂料涂抹在金属表面。根据相关的测量数据显示，将碳纳米管加入氟碳乳液当中过后，金属表面涂层的电位就会出现明显的正值位移，同时还具备了较低的腐蚀电流。同时添加少量的碳纳米管到氟碳乳液当中，可以对金属涂层的抗阻进行大幅度的提高。

同时在水性无机硅酸盐的涂料当中加入适量的碳纳米管，制成有机无机复合型的涂料，这种涂料在最大的程度上提高了涂层的物理性质和化学性质。借助这种复合型涂料的的优点，可以在最大程度上增强涂料的韧性和强度。同时，在对进行金属涂抹的时候，适当的加强力度和导电性能优异的碳纳米管，就可以使复合型涂料在保持一定韧度和强度的基础之上，大大提高金属防腐蚀涂层的耐腐蚀性能。

三、石墨烯的应用

石墨烯的化学性质比较懒惰，可以保证金属防腐蚀基础涂层不会受到剧烈的化学反应。根据这种特点，石墨烯的运用范围逐渐广泛起来，并在相关技术的基础之上，开发出了具有较强化学稳定性的新兴材料。石墨烯对于金属的防腐蚀作用，主要体现在对金属涂抹的沉积层形成良好的保护作用，使金属的基层与空气隔绝，避免金属表面在空气当中发生氧化反应。在石墨烯的运用过程中，有较多的方法对金属的防腐蚀进行涂抹处理。

（一）成膜方法

成膜方法在金属防腐蚀涂料的涂抹过程中是十分常见的。成膜方法的主要技术要点就是在各个基本结构单元的相互作用之下，形成相对稳定的、具有一定形态的外观结构。成膜方法的主要工艺流程是：首先通过组装的方法在PEI上形成具有氧化特点的石墨烯膜层，然后在此基础之上组装双层的、具有较强阻隔性能的复合膜。这种双层的复合膜具有很强的抗氧性，可以将氧气对金属的氧化降到最低，同时还在最大程度上提高了金属的透光率。PEI上所带有的相关化学性质和石墨烯所带有的相关化学性质，是它们能够进行组装成膜并发挥出作用的关键。对以上的流程进行重复，就可以组装成多层的复合膜，随着膜层数的增加，金属的透光率就会相应的降低。

（二）直接喷涂法

对金属进行直接喷涂的工艺流程是：将石墨烯加工成纳米级别，然后用水溶剂将纳米级别的石墨烯进行稀释，将纳米级别的石墨烯稀释完成之后，就可以喷涂到金属的基底层。这一步骤喷涂完成之后，将金属放在富含氧气或者是富含腐蚀气体的环境当中进行相关的测试工作，经过对比可以得出，喷涂了纳米级别石墨烯材料的金属具有很强的抗腐蚀能力。同时经过测试还可以得出，对金属基底层采取不同的喷涂方法也会在一定程度上影响金属的抗腐蚀能力。比如对相同的金属采取了不同的石墨烯喷涂的方式，经过测试得出，两个金属的氧化峰值和还原峰值有明显的不同。所以，在使用石墨烯对金属基底层进行喷涂的时候，要改善喷涂的工艺，使石墨烯涂层喷涂的更加均匀和连续。

结束语

根据上面的论述可以得出，碳材料价格低廉、化学性质和物理性质都相对稳定，所以，碳材料在金属防腐蚀当中被广泛运用，是未来重要的金属防腐蚀涂料。国家要加大对这项技术的政策、资金扶持力度，根据金属材料和碳材料现有的发展情况，深入开展相关的研究工作，使碳材料的使用范围更加广泛，使用技术更加科学合理，有力加强金属的抗腐蚀能力。

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熊凌燕（1996-）,女，汉族,辽宁大连人,沈阳师范大学化学化工学院14级化学师范专业在读本科生。