本發(fā)明屬于鈦金屬材料防海生物附著的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面用銅/鋁多層復(fù)合陽極及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鈦合金具有低密度，高強(qiáng)度和耐海水腐蝕等優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于海洋溫差發(fā)電，海水淡化，油氣開采，艦船，水產(chǎn)養(yǎng)殖等海洋工程領(lǐng)域，被人們譽(yù)為“海洋金屬”。鈦合金具有良好的生物相容性，是海生物理想的棲息地，因此，鈦合金在海洋工程中的生物污損問題比其他金屬材料更加嚴(yán)重。海生物的附著會增加船舶航行阻力，使船舶的能耗與排放加劇。海生物的附著能加速海洋設(shè)施、建筑等結(jié)構(gòu)件污損腐蝕，顯著縮短其壽命。據(jù)美國報道，由于海生物的附著，美國每年造成50～60億美元的損失。面對海生物的嚴(yán)重危害，人們研究了許多防止海生物粘著減少污損的方法。研究表明，銅離子及氧化亞銅能夠抑制海生物的附著。主要是因為：銅材料通過與海水的作用成為銅離子，銅離子會降低生物機(jī)體中主酶的活化作用，以縮短生物壽命。進(jìn)一步研究表明，當(dāng)銅的滲出率大于10μg/(cm²·d)時可抑制藤壺附著；當(dāng)銅的滲出率大于10～20μg/(cm²·d)可抑制水螅、水母附著；當(dāng)銅離子的滲出率大于20～40μg/(cm²·d)可抑制藻類附著；當(dāng)銅離子的滲出率大于40μg/(cm²·d)可防止產(chǎn)生細(xì)菌附著；當(dāng)銅離子滲出率大于50μg/(cm²·d)時，可抑制絕大部分海生物附著。因此，通過控制鈦合金在海水中銅離子的滲出率就可以有效抑制海生物的附著，當(dāng)銅離子的滲出率大于50μg/(cm²·d)時，就可抑制絕大部分海生物附著。利用鈦和銅在海水中不同的自腐蝕電位，采用電偶腐蝕的原理就可以加速銅材料的腐蝕，獲得抑制海生物附著所需要的銅離子濃度。

這種利用銅與鈦在海水中自腐蝕電位的不同，實現(xiàn)銅的加速腐蝕的方法能夠有效的抑制海生物在鈦表面的附著，在實際工程中也得到有效的應(yīng)用。但在工程實際中發(fā)現(xiàn)，隨著銅表面腐蝕產(chǎn)物的生成，這層腐蝕產(chǎn)物抑制了銅的進(jìn)一步腐蝕，使銅離子的析出濃度逐漸降低，降低了抑制海生物附著的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面用銅/鋁多層復(fù)合陽極。該銅/鋁多層復(fù)合陽極的結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)數(shù)年甚至數(shù)十年向海水中持續(xù)釋放高析出濃度的銅離子，有效地抑制了海洋生物的附著，延長了鈦基金屬的在海水中的使用壽命。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面用銅/鋁多層復(fù)合陽極，其特征在于，包括交替疊放在一起的銅層和鋁層，所述銅層的厚度為40μm～180μm，所述鋁層的厚度為5μm～7μm。

上述的海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面用銅/鋁多層復(fù)合陽極，其特征在于，所述銅層的厚度為60μm～120μm，所述鋁層的厚度為5μm～6μm。

上述的海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面用銅/鋁多層復(fù)合陽極，其特征在于，所述銅層和鋁層的層數(shù)均不小于10層。

上述的海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面用銅/鋁多層復(fù)合陽極，其特征在于，所述銅層和鋁層的層數(shù)均為10～500層。

另外，本發(fā)明還提供了一種利用上述的銅/鋁多層復(fù)合陽極在海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面的方法，其特征在于，該方法為：首先將銅/鋁多層復(fù)合陽極的側(cè)部與鈦基金屬連接，然后置于海水中，作為陰極的鈦基金屬與銅/鋁多層復(fù)合陽極之間發(fā)生電偶腐蝕，該過程中持續(xù)釋放銅離子。

上述的方法，其特征在于，所述鈦基金屬的表面積與所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的表面積之比為(1～100):1。

本發(fā)明的銅/鋁多層復(fù)合陽極在海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面的理論依據(jù)為：在海水介質(zhì)中，金屬與電位更高的另一種金屬接觸發(fā)生的腐蝕為電偶腐蝕。鈦在25℃流動海水中自腐蝕電位約為0.1V(SCE)，黃銅在25℃流動海水中自腐蝕電位約為-0.4V(SCE)，鋁在25℃流動海水中自腐蝕電位約為-0.9V(SCE)。當(dāng)鈦和銅相互接觸并處于海水中(如圖2所示)時，由于鈦和銅存在電位差，它們形成了電偶，就發(fā)生了電偶腐蝕，電位低的銅受到加速腐蝕，在銅被腐蝕的同時，銅表面也沉積了腐蝕產(chǎn)物(如圖3所示)，由于腐蝕產(chǎn)物呈疏松狀，還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕(如圖4所示)，由于鋁的自腐蝕電位更低，加速了底層鋁的腐蝕，由于鋁層的厚度很薄，很快的被完全腐蝕掉，使銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物沒有了附著在陽極表面的基礎(chǔ)，從而從陽極表面被剝離，此時，露出還未發(fā)生腐蝕的下一銅層，這為進(jìn)一步與鈦發(fā)生電偶腐蝕提供了新鮮的陽極，使銅離子能夠持續(xù)的生成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的銅/鋁多層復(fù)合陽極結(jié)構(gòu)簡單，銅層和鋁層依次堆疊而成，并且銅層的厚度為40μm～180μm，鋁層的厚度為5μm～7μm，將本發(fā)明的銅/鋁多層復(fù)合陽極與鈦基金屬連接在一起并置于海水中，銅和鈦發(fā)生電偶腐蝕，釋放銅離子，并生產(chǎn)氧化亞銅，一旦銅層穿透，鋁層裸露出來，則還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕，由于鋁層厚度薄，很容易快速腐蝕完全，使位于鋁層上方的銅層和腐蝕產(chǎn)物脫落，新的銅層重新露出，與鈦發(fā)生電偶腐蝕，一直持續(xù)向鈦基金屬的周側(cè)釋放銅離子，并且釋放的銅離子的滲出率大于50μg/(cm²·d)，該可持續(xù)釋放銅離子的能力可達(dá)數(shù)年，甚至數(shù)十年，該過程中能夠有效地防止海洋生物附著在鈦基金屬的表面，延長鈦基金屬在海洋中使用的使用壽命。

下面通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明銅/鋁多層復(fù)合陽極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明銅/鋁多層復(fù)合陽極與鈦基金屬的連接關(guān)系示意圖。

圖3是本發(fā)明銅/鋁多層復(fù)合陽極用于在海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面時銅層受到腐蝕的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明銅/鋁多層復(fù)合陽極用于在海水中持續(xù)防護(hù)鈦基金屬表面時鋁層受到腐蝕的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1—銅層；2—鋁層；3—鈦基金屬。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極包括交替疊放在一起的銅層1和鋁層2，所述銅層1的厚度為40μm，所述鋁層2的厚度為5μm；所述銅層1和鋁層2的層數(shù)均為200層；所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的總厚度為9mm；所述銅層位于最頂層。

如圖2所示，將實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極的側(cè)部與TA1工業(yè)純鈦緊密的結(jié)合在一起，其中TA1工業(yè)純鈦3的表面積與所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的表面積之比為5:1，然后將其置于海水中，在電偶腐蝕的作用下，銅/鋁多層復(fù)合陽極從銅表面開始發(fā)生腐蝕，釋放出銅離子，并生產(chǎn)腐蝕產(chǎn)物氧化亞銅(如圖3所示)，一旦銅層穿透，鋁層裸露出來，則還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕(如圖4所示)，由于鋁層厚度薄，很容易快速腐蝕完全，使位于鋁層上方的銅層和腐蝕產(chǎn)物脫落，新的銅層重新露出，又重新與鈦發(fā)生電偶腐蝕，該過程中持續(xù)向鈦基金屬的周側(cè)釋放銅離子，在25℃的海水中本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極可持續(xù)釋放大于12mg/(cm²·d)的銅離子，持續(xù)的時間超過4年，并且4年內(nèi)銅離子的釋放量沒有明顯的降低。

實施例2

如圖1所示，本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極包括交替疊放在一起的銅層1和鋁層2，所述銅層1的厚度為120μm，所述鋁層2的厚度為6μm；所述銅層1和鋁層2的層數(shù)均為300層；所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的總厚度為37.8mm；所述銅層位于最頂層。

如圖2所示，將實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極的側(cè)部與TC4鈦合金緊密的結(jié)合在一起，其中TC4鈦合金3的表面積與所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的表面積之比為10:1，然后將其置于海水中，在電偶腐蝕的作用下，銅/鋁多層復(fù)合陽極從銅表面開始發(fā)生腐蝕，釋放出銅離子，并生產(chǎn)腐蝕產(chǎn)物氧化亞銅(如圖3所示)，一旦銅層穿透，鋁層裸露出來，則還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕(如圖4所示)，由于鋁層厚度薄，很容易快速腐蝕完全，使位于鋁層上方的銅層和腐蝕產(chǎn)物脫落，新的銅層重新露出，又重新與鈦發(fā)生電偶腐蝕，該過程中持續(xù)向鈦基金屬的周側(cè)釋放銅離子，在25℃的海水中本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極可持續(xù)釋放大于23mg/(cm²·d)的銅離子，持續(xù)的時間超過6年，并且6年內(nèi)銅離子的釋放量沒有明顯的降低。

實施例3

如圖1所示，本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極包括交替疊放在一起的銅層1和鋁層2，所述銅層1的厚度為150μm，所述鋁層2的厚度為7μm；所述銅層1和鋁層2的層數(shù)均為100層；所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的總厚度為15.7mm；所述銅層位于最頂層。

如圖2所示，將實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極的側(cè)部與Ti80工業(yè)純鈦3緊密的結(jié)合在一起，其中Ti80工業(yè)純鈦3的表面積與所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的表面積之比為30:1，然后將其置于海水中，在電偶腐蝕的作用下，銅/鋁多層復(fù)合陽極從銅表面開始發(fā)生腐蝕，釋放出銅離子，并生產(chǎn)腐蝕產(chǎn)物氧化亞銅(如圖3所示)，一旦銅層穿透，鋁層裸露出來，則還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕(如圖4所示)，由于鋁層厚度薄，很容易快速腐蝕完全，使位于鋁層上方的銅層和腐蝕產(chǎn)物脫落，新的銅層重新露出，又重新與鈦發(fā)生電偶腐蝕，該過程中持續(xù)向鈦基金屬的周側(cè)釋放銅離子，在25℃的海水中本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極可持續(xù)釋放大于31mg/(cm²·d)的銅離子，持續(xù)的時間超過8年，并且8年內(nèi)銅離子的釋放量沒有明顯的降低。

實施例4

如圖1所示，本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極包括交替疊放在一起的銅層1和鋁層2，所述銅層1的厚度為60μm，所述鋁層2的厚度為7μm；所述銅層1和鋁層2的層數(shù)均為10層；所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的總厚度為670μm；所述銅層位于最頂層。

如圖2所示，將實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極的側(cè)部與TA1工業(yè)純鈦3緊密的結(jié)合在一起，其中TA1工業(yè)純鈦3的表面積與所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的表面積之比為2:1，然后將其置于海水中，在電偶腐蝕的作用下，銅/鋁多層復(fù)合陽極從銅表面開始發(fā)生腐蝕，釋放出銅離子，并生產(chǎn)腐蝕產(chǎn)物氧化亞銅(如圖3所示)，一旦銅層穿透，鋁層裸露出來，則還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕(如圖4所示)，由于鋁層厚度薄，很容易快速腐蝕完全，使位于鋁層上方的銅層和腐蝕產(chǎn)物脫落，新的銅層重新露出，又重新與鈦發(fā)生電偶腐蝕，該過程中持續(xù)向鈦基金屬的周側(cè)釋放銅離子，在25℃的海水中本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極可持續(xù)釋放大于14mg/(cm²·d)的銅離子，持續(xù)的時間超過1.3年，并且1.3年內(nèi)銅離子的釋放量沒有明顯的降低。

實施例5

如圖1所示，本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極包括交替疊放在一起的銅層1和鋁層2，所述銅層1的厚度為40μm，所述鋁層2的厚度為6μm；所述銅層1和鋁層2的層數(shù)均為500層；所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的總厚度為23mm；所述銅層位于最頂層。

如圖2所示，將實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極的側(cè)部與TA1工業(yè)純鈦3緊密的結(jié)合在一起，其中TA1工業(yè)純鈦3的表面積與所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的表面積之比為4:1，然后將其置于海水中，在電偶腐蝕的作用下，銅/鋁多層復(fù)合陽極從銅表面開始發(fā)生腐蝕，釋放出銅離子，并生產(chǎn)腐蝕產(chǎn)物氧化亞銅(如圖3所示)，一旦銅層穿透，鋁層裸露出來，則還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕(如圖4所示)，由于鋁層厚度薄，很容易快速腐蝕完全，使位于鋁層上方的銅層和腐蝕產(chǎn)物脫落，新的銅層重新露出，又重新與鈦發(fā)生電偶腐蝕，該過程中持續(xù)向鈦基金屬的周側(cè)釋放銅離子，在25℃的海水中本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極可持續(xù)釋放大于16mg/(cm²·d)的銅離子，持續(xù)的時間超過8年，并且8年內(nèi)銅離子的釋放量沒有明顯的降低。

實施例6

如圖1所示，本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極包括交替疊放在一起的銅層1和鋁層2，所述銅層1的厚度為180μm，所述鋁層2的厚度為5μm；所述銅層1和鋁層2的層數(shù)均為100層；所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的總厚度為18.5mm；所述銅層位于最頂層。

如圖2所示，將實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極的側(cè)部與TA1工業(yè)純鈦3緊密的結(jié)合在一起，其中TA1工業(yè)純鈦3的表面積與所述銅/鋁多層復(fù)合陽極的表面積之比為100:1，然后將其置于海水中，在電偶腐蝕的作用下，銅/鋁多層復(fù)合陽極從銅表面開始發(fā)生腐蝕，釋放出銅離子，并生產(chǎn)腐蝕產(chǎn)物氧化亞銅(如圖3所示)，一旦銅層穿透，鋁層裸露出來，則還沒腐蝕的銅及銅表面的腐蝕產(chǎn)物與暴露出來的鋁發(fā)生電偶腐蝕(如圖4所示)，由于鋁層厚度薄，很容易快速腐蝕完全，使位于鋁層上方的銅層和腐蝕產(chǎn)物脫落，新的銅層重新露出，又重新與鈦發(fā)生電偶腐蝕，該過程中持續(xù)向鈦基金屬的周側(cè)釋放銅離子，在25℃的海水中本實施例的銅/鋁多層復(fù)合陽極可持續(xù)釋放大于50mg/(cm²·d)的銅離子，持續(xù)的時間超過6年，并且5年內(nèi)銅離子的釋放量沒有明顯的降低。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。