專利名稱：包覆陽極層的金屬件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于金屬防腐蝕領(lǐng)域，具體地說是用陽極層將金屬件需保護(hù)的表面嚴(yán)密包覆，形成無孔隙的屏蔽和整體電位均勻一致可調(diào)控的陰極保護(hù)，解決各種大型金屬件在潮濕自然環(huán)境中的腐蝕問題。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代社會(huì)中，金屬的腐蝕是個(gè)嚴(yán)重問題，尤其是大型鋼鐵件的腐蝕問題更為嚴(yán)重，普通保護(hù)層只具備屏蔽功能，在長期使用過程中保護(hù)層的損傷是很難避免的，因此不能長期有效地防止金屬腐蝕的發(fā)生。
在海水、淡水或土壤等潮濕自然環(huán)境中長期使用的大型鋼鐵件，目前世界各國通行的長效防腐蝕措施是陰極保護(hù)加上有機(jī)涂層屏蔽雙重保護(hù)法。實(shí)踐證明采取這一措施比單純依靠有機(jī)涂層屏蔽有效得多，但是這種方法也存在一些難以克服的缺點(diǎn)。對于鋼鐵而言，有效的陰極保護(hù)電位應(yīng)不高于-850mV(CSE)(CSE是指相對于飽和硫酸銅參比電極的電位)，但現(xiàn)有的陰極保護(hù)體系屬小陽極大陰極體系，所采用的陽極面積比被保護(hù)的鋼鐵件(陰極)的面積小得多，在這個(gè)體系中，各部位的陰極保護(hù)電位和保護(hù)電流存在很大的差異，近陽極點(diǎn)處于過保護(hù)電位狀態(tài)，遠(yuǎn)離陽極點(diǎn)處保護(hù)電位不足，為了確保遠(yuǎn)離陽極的部位也得到有效保護(hù)，常施加過負(fù)的電位，用來克服介質(zhì)電阻所引起的電壓降(IR降)，因此施加的負(fù)電位常達(dá)到-1400mV到-1500mV(CSE)。實(shí)際上電位降至-1170mV(CSE)時(shí)氫氣便開始析出，在土壤深處缺氧狀態(tài)或酸性土壤中氫的析出電位更正，因此常規(guī)的陰極保護(hù)，析氫幾乎是不可避免的，這就加劇了涂層從基材剝離的傾向(陰極剝離)，并由于析氫增加了潛在的氫脆和應(yīng)力腐蝕的危險(xiǎn)性。此外對處于半干半濕狀態(tài)的土壤中之鋼鐵件，常由于導(dǎo)電介質(zhì)的不連續(xù)起不到陰極保護(hù)的效果，對于形狀復(fù)雜的構(gòu)件或由于屏蔽層的影響，經(jīng)常存在一些陰極保護(hù)電流達(dá)不到的死區(qū)，這些部位的腐蝕無法避免，此外來自地下或水下的外來雜散電流也常干擾和破壞常規(guī)陰極保護(hù)的效果。
鋼鐵件采用熱浸鍍鋁、熱浸鍍鋅或熱浸鍍鋁鋅合金(或鋅鋁合金或含硅、鎂等元素的鋅鋁合金)保護(hù)，同樣具有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重功能，而且能夠完全避免上述常規(guī)陰極保護(hù)所存在的缺陷，它不存在過負(fù)的電位，不存在析氫帶來的問題，不存在陰極保護(hù)電流達(dá)不到的死區(qū)，也不受外來雜散電流的影響，因?yàn)殇撹F件被作為犧牲性陽極的鍍層整體嚴(yán)密包覆和封閉在里面，阻止和屏蔽了外來雜散電流的干擾，因此防護(hù)效果卓越，得到防腐蝕科技界的普遍認(rèn)同。熱浸鍍鋁(鋅)技術(shù)存在的主要問題是受鍍槽尺寸的限制難以鍍覆尺寸過大的鋼鐵件，此外熱浸鍍時(shí)在鍍層和鋼材界面上容易形成脆性的鋁鐵化合物或其他脆性的金屬間化合物影響鋼材的性能，這給鍍覆技術(shù)增加了難度。
為了能適應(yīng)大型鋼鐵件的防護(hù)需要，采用熱噴鋅(或鋁)涂層，它也能起到陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的作用，但熱噴鋅(或鋁)存在孔隙，其防護(hù)效果比不上熱浸鍍鋅(或鋁)，而且成本也較高，因此目前應(yīng)用較多的是涂覆有機(jī)或無機(jī)的富鋅(或富鋁)涂層，這類涂層是采用有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑將鋅粉(或鋁粉)粘結(jié)在一起所形成的涂層，其陰極保護(hù)效果，除了依靠鋅和鋁的負(fù)電位外，在很大程度上還取決于涂層的導(dǎo)電性能，這是因?yàn)檎辰Y(jié)劑基本上是不導(dǎo)電的，依靠鋅粉(或鋁粉)顆粒相互連結(jié)而導(dǎo)電，因此涂層中鋅粉(或鋁粉)的含量必須足夠多才行。參照美國標(biāo)準(zhǔn)由我國航空部制訂的WZL涂層質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)HB5364-86規(guī)定了無機(jī)富鋁涂層與被涂覆基材表面間的電阻值不大于15Ω。由美國發(fā)明專利(專利號3248251)的這一類型的無機(jī)鋁涂層已在世界各國航空系統(tǒng)應(yīng)用了近四十年，實(shí)踐證明它對于鋼鐵的陰極保護(hù)和防腐蝕效果卓越，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般的有機(jī)或無機(jī)富鋅涂層，其所以防腐蝕性能好，涂層電阻小是主要原因之一?，F(xiàn)有的有機(jī)或無機(jī)富鋅涂層，實(shí)際測試其涂層的電阻常大于105Ω(我國化工部制訂的富鋅底漆標(biāo)準(zhǔn)IIG/T3668-2000對涂層的電阻無技術(shù)要求)，由于涂層電阻大，它對鋼材的陰極保護(hù)僅限于緊靠涂層破損處的鋅粉起作用，離涂層破損處稍遠(yuǎn)一些的鋅粉，由于電阻大起不到陰極保護(hù)作用，因此犧牲性陽極的面積較小，陽極電流密度相對較高，局部的陽極犧牲性損耗就較大，從而降低了防腐蝕的效果，由此可見富鋅或富鋁涂層導(dǎo)電性能的好壞，是影響陰極保護(hù)的重要因素。美國發(fā)明的無機(jī)鋁涂層，提高其導(dǎo)電性的方法是采用固化后再噴玻璃珠將鋁粉打扁連通或再加高溫(約550℃)使涂層中各組份相互反應(yīng)擴(kuò)散而導(dǎo)通，因而涂層的電阻很小，但這種工藝技術(shù)難度很大，涂層成本也很高，因而限制了它的使用范圍(僅限于在各國航空系統(tǒng)使用)。
中國專利981120606.5和02118248.5都提出了通過擠壓或拉拔的方法，用鋁或鋁合金包覆線材或管材這類鋼鐵材料，從而提高導(dǎo)電性、耐蝕性和耐磨損性。在上述文件中提出的技術(shù)方案都利用了鋁自身優(yōu)越的耐腐蝕、屏蔽和耐老化等性能，對鋼鐵起嚴(yán)密的屏蔽作用，阻止外部介質(zhì)對鋼鐵的侵蝕，但是對于在潮濕環(huán)境中長期使用的大型鋼鐵件前面已經(jīng)詳細(xì)談到僅靠屏蔽是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，上述幾項(xiàng)鋼鐵包鋁技術(shù)，都不具備陰極保護(hù)功能。雖然鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是-1660mV(SHE)(SHE是指相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電位)，但是鋁在自然環(huán)境中極易氧化(或鈍化)，生成一層致密的氧化膜(或稱自鈍化膜)，致使它的電極電位上升到和鐵接近，從而減弱或喪失對鋼鐵的陰極保護(hù)功能。按照國際上通行的陰極保護(hù)準(zhǔn)則，對鋼鐵有效的陰極極化值是-100mV，為了做到這一點(diǎn)，作為犧牲陽極的包覆層，其電極電位至少要比基體鋼負(fù)110mV，最好是負(fù)140至400mV，而上面所述的幾個(gè)包鋁技術(shù)方案都未限定鋁(或鋁合金)層所用材料的電極電位，特別是對于含銅的鋁合金或工業(yè)鋁(為了改善機(jī)械性能和導(dǎo)電性常在鋁中加銅)，其電極電位更偏正，在鋁合金存在固溶體形式的銅時(shí)，在含5％NaCl和0.3％H2O2的水溶液中測定其電極電位隨銅含量的增多而升高，其升高率為+47mV/wt％，因此銅的存在使鋁喪失陰極保護(hù)功能，當(dāng)銅以單獨(dú)的附加相出現(xiàn)在合金中時(shí)，該相的電極電位是正值，達(dá)到+50至+200mV，比鋁要高570至720mV，形成腐蝕微電池，促使鋁腐蝕和基體鋼腐蝕，工業(yè)鋁或鋁合金中常含鐵，鐵也能使鋁合金升高電極電位，升幅略低于銅。上述這些鋁包鋼鐵的技術(shù)方案均未認(rèn)識到這一點(diǎn)，對鋁包覆層中的銅及鐵含量未加限制，因此無法對潮濕環(huán)境中長期使用的大型鋼鐵件提供長效保護(hù)。
與銅、鐵相反，在鋁或鋁合金中添加鋅、鎂或其他金屬能降低其電極電位，其中添加鋅后電極電位的降幅是-63mV/wt％，因此能大幅度提高鋁合金的陰極保護(hù)功能。但是加入鋅或鎂后常常會(huì)增加了鋁或鋁合金的硬度和脆性，大幅度降低延伸率，因此很難利用它通過擠壓拉拔的方法包覆鋼鐵件。
在中國專利91110887.4中提出了采用鋁、銅、或鎳等有色金屬箔作為保護(hù)層，通過膠粘方法包覆家電產(chǎn)品，空調(diào)器箱體或鋼質(zhì)門窗，提高產(chǎn)品的裝飾效果和防護(hù)性能，但也和前述包鋁鋼鐵件的技術(shù)方案一樣，只具備屏蔽功能，沒有解決對大型鋼鐵件的陰極保護(hù)問題。
近年來一些性能極好的高強(qiáng)度鋁合金和高強(qiáng)度鎂合金等新型材料不斷涌現(xiàn)，但是防腐蝕問題未得到解決，因此限制了它們的應(yīng)用范圍。
此外對于經(jīng)包覆保護(hù)層后又需要進(jìn)行現(xiàn)場焊接的大型金屬件，上述的各種保護(hù)層都很難快速、經(jīng)濟(jì)、有效地恢復(fù)焊接處已喪失的防護(hù)功能，這也是需要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是要克服上述現(xiàn)有防腐蝕技術(shù)存在的上述各種缺點(diǎn)和困難，創(chuàng)造一種有卓越的陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重功能的新技術(shù)，避免常規(guī)陰極保護(hù)由于小陽極大陰極所帶來的保護(hù)電位和保護(hù)電流不均衡，存在保護(hù)不到的死區(qū)和析氫所帶來的隱患以及容易受外來雜散電流干擾破壞等缺點(diǎn)，避免富鋅涂層由于電阻大，陰極保護(hù)功能不足的缺陷，避免現(xiàn)有無機(jī)富鋁涂層以及熱噴涂技術(shù)工藝技術(shù)難度大、成本高等缺點(diǎn)，克服現(xiàn)有鋼鐵包鋁技術(shù)不具備陰極保護(hù)功能的缺點(diǎn)，解決大型鋼鐵或其他金屬構(gòu)件經(jīng)現(xiàn)場焊接后不易恢復(fù)防護(hù)的難題。創(chuàng)造一種高效、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、實(shí)用簡便的金屬防腐蝕新技術(shù)，能夠達(dá)到像鋼鐵熱浸鍍鋁鋅合金那樣極卓越的防腐蝕性能，又能避免它存在的不能鍍覆大型鋼鐵件以及容易產(chǎn)生脆性的金屬間化合物等缺點(diǎn)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在鋁或鋅或鎂以及它他的合金中添加少量特定的元素所制成的負(fù)電性金屬材料作為鋼鐵件或其他金屬件的保護(hù)層，既具有符合陰極保護(hù)所需的負(fù)電位，又具備極好的延伸率和合適的機(jī)械性能，這樣就可以通過擠壓或拉拔的方法用這種負(fù)電性金屬材料來包覆鋼鐵件或其他大型金屬件或者壓制成負(fù)電性金屬膜(或箔)，采用粘結(jié)劑或壓緊的方法將一層或多層負(fù)電性金屬膜作為陽極層把金屬件需保護(hù)的表面整體全封閉地緊密包覆，形成無孔隙的屏蔽保護(hù)，不存在介質(zhì)IR降，不存在析氫和陰極剝離，不存在陰極保護(hù)死區(qū)，不存在受外來雜散電流干擾等弊端，整體電位均勻一致的一種全新的屏蔽保護(hù)和陰極保護(hù)體系，從而獲得卓越的防腐蝕效果，達(dá)到本實(shí)用新型的目的。
所述的負(fù)電性金屬材料是在現(xiàn)有的鋁或鋁合金或鋅或鋅合金中，添加少量能改變其電極電位，又能細(xì)化金屬組織，提高延展性或其他機(jī)械性能的元素，這些元素選自添加有鎵、鋅、硅、鎂、汞、銦、錫、鎘、鋁、錳、鈦、碳、鎳、鉍、鉛、鈣、鈹、鋰、銻、鍶、鈧、鋯、釩、鉻、鉬、磷、硼、鍺、稀土金屬或其他元素中的一種或數(shù)種，根據(jù)不同使用場合的不同需求、選擇添加的元素的種類和數(shù)量，也可以采用含銅量不大于0.1％且含鐵量不大于0.7％的鋁或鋁合金。在某些需要更負(fù)的電極電位的場合，可以選取少數(shù)合適的上述元素添加于鎂或鎂合金，獲得所需要的性能。用上述各種負(fù)電性金屬材料制成的陽極層，其電化學(xué)性能必須是在各種潮濕自然環(huán)境中的電極電位比同樣條件下需保護(hù)的鋼鐵件或其他金屬件的電極電位至少負(fù)110mV，較好的優(yōu)選范圍是負(fù)140～400mV，也可以更負(fù)，但不要超過負(fù)600mV，除了保護(hù)鎂合金外，陽極層的電極電位應(yīng)控制在不引起基材析氫的電位。這樣就能做到在各種潮濕自然環(huán)境中，當(dāng)陽極層或負(fù)電性金屬膜遭到損傷出現(xiàn)裂紋或縫隙時(shí)，縫隙處裸露金屬基材的陰極極化值至少為-100mV，同時(shí)又不存在析氫和陰極剝離現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)更有效的陰極保護(hù)，防止鋼鐵或其他金屬腐蝕。所述的各種潮濕自然環(huán)境是指在淡水、雨水、河水、海水、土壤、潮濕大氣或工業(yè)大氣等自然環(huán)境。對于保護(hù)鋼鐵件，該包覆陽極層的金屬件在25℃的淡水或中性介質(zhì)中的電極電位不高于-830mV(CSE)較好的范圍是-850mV～-1120mV(CSE)，也可以更負(fù)一些，但負(fù)值超過-1170mV(CSE)時(shí)，氫氣便開始析出，易引起保護(hù)層剝離。該負(fù)電性金屬材料在退火狀態(tài)時(shí)室溫下的延伸率不小于30％，該材料的其他機(jī)械性能根據(jù)不同需要而定。
采用上述負(fù)電性金屬材料作為陽極層，通過常規(guī)的擠壓或拉拔的方法，直接包覆各種管材、棒材或其他等截面的金屬材料或形狀簡單的鋼鐵件或其他金屬件，從而獲得極好的陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重效果，或者像制造常規(guī)鋁箔那樣壓制成負(fù)電性金屬膜(箔)并通過各種不同熱處理方法來改善上述各種金屬膜的機(jī)械性能和各種不同的表面處理方法來提高其表面粘附力和防護(hù)性或消光效果，采用粘結(jié)劑或壓緊法以一層或多層這種負(fù)電性金屬膜作為陽極層用它包覆金屬件，在金屬件的表面或負(fù)電性金屬膜的表面或兩者表面涂有粘結(jié)劑或不涂粘結(jié)劑或局部涂有粘結(jié)劑，依靠加在負(fù)電性金屬膜表面的由非金屬材料制造或采用在潮濕自然環(huán)境中的電極電位比同樣條件下的鋼鐵件或其他金屬件的電極電位至少負(fù)110mV的負(fù)電性金屬材料制造的緊固套或膨脹內(nèi)套或熱收縮套或纏繞保護(hù)帶或用機(jī)械擠壓或手工擠壓或氣壓或液壓或其他壓緊方法使負(fù)電性金屬膜與金屬件緊密壓合，并使每層金屬膜與被保護(hù)的金屬件之間的電阻值不大于1Ω，從而使金屬件獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)。
本實(shí)用新型還發(fā)現(xiàn)在上述陽極層或負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面或外表面或內(nèi)外表面再涂覆一層或多層對電解質(zhì)離子導(dǎo)通且不引起陽極鈍化或能消除鈍化的離子導(dǎo)電活化劑或緩蝕劑組成的離子導(dǎo)電包覆層，就能更好地發(fā)揮保護(hù)層的陰極保護(hù)功能，因?yàn)檫@時(shí)被離子導(dǎo)電包覆層所覆蓋的陽極層或負(fù)電性金屬膜的整個(gè)連續(xù)表面和保護(hù)層破損處裸露的基材的局部表面形成一個(gè)大陽極小陰極體系，即使所采用的陽極層或負(fù)電性金屬膜的電極電位略微負(fù)于裸露基材表面的電極電位(例如僅負(fù)105mV)，也能保持基材的陰極極化值達(dá)-100mV，達(dá)到有效的保護(hù)。因?yàn)殛枠O面積很大，陽極電流密度極小，因此陽極不易由于極化而升高電位，而陰極由于面積小，電流密度極大，陰極極化充分，腐蝕就停止，可以采用硅酸鹽、多聚硅酸鹽、磷酸鹽、多聚磷酸鹽、水解硅酸乙酯、離子交換樹脂、離子交換膜以及其他對電解質(zhì)離子能導(dǎo)通的各種無機(jī)或有機(jī)材料作為離子導(dǎo)電活化劑，也可采用各種不引起陽極自鈍化的離子導(dǎo)電型緩蝕劑作為離子導(dǎo)電活化劑或添加這類緩蝕劑來提高防腐蝕效果，當(dāng)采用電極電位已經(jīng)很負(fù)的材料作為保護(hù)金屬件的陽極層時(shí)，采用對電解質(zhì)離子能導(dǎo)通的各種緩蝕劑作為離子導(dǎo)電活化劑，能獲得更好的防腐蝕效果。
所述的粘結(jié)劑采用各種合成樹脂或天然樹脂為原料的熱塑性或熱固性粘結(jié)劑，也可采用加有各種添加劑改性的熱塑性或熱固性樹脂、幾種樹脂的合成物、熱熔膠、無機(jī)粘結(jié)劑、改性無機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)物改性的無機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)物改性的有機(jī)粘結(jié)劑、介于有機(jī)物和無機(jī)物之間的粘結(jié)劑，例如硅酸乙酯屬有機(jī)物，但是它水解后變成無機(jī)聚合物。粘結(jié)劑中可以添加緩蝕劑，用來提高防腐蝕性能。粘結(jié)時(shí)施加的壓力要足以使陽極層或負(fù)電性金屬膜和金屬件導(dǎo)通，使兩者之間的電阻不大于1Ω，最好是小于1Ω，電阻愈小愈好。上述各種由有機(jī)物或無機(jī)物組成的粘結(jié)劑，多數(shù)電阻都較大，因此用它們將陽極層或負(fù)電性金屬膜粘貼于金屬件表面后，其間的電阻也較大，但是陽極層或負(fù)電性金屬膜自身是優(yōu)良導(dǎo)體，整張膜層整體是陽極層，待焊接完成后再進(jìn)行補(bǔ)包，這些部位的陽極層的內(nèi)表面，有一層事先涂覆并已除去溶劑的粘結(jié)劑或事先不涂粘結(jié)劑，在焊接完畢粘合前，再涂粘結(jié)劑進(jìn)行粘合，或不涂粘結(jié)劑采用擠壓的方法包覆，補(bǔ)包后該部位的陽極層與金屬件之間的電阻值應(yīng)不大于1Ω。對于需要焊接的金屬件也可以采取在金屬件的焊接部位和焊接熱影響區(qū)采用電極電位不高于其它部位陽極層的電極電位的材料制作的或鍍覆具有這種電極電位的鍍層的形狀與被包覆的金屬件相吻合的金屬夾套包覆壓緊和嚴(yán)密貼合這些部位，使金屬夾套直接與金屬件接觸而導(dǎo)通或通過夾于其間的陽極層而與金屬件導(dǎo)通，并使金屬夾套與金屬件之間的電阻不大于1Ω，從而使金屬件的焊接部位和焊接熱影響區(qū)獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)(見圖14)，對于經(jīng)焊接后保護(hù)層被燒損的部位也可采用上述金屬夾套進(jìn)行保護(hù)，鋼鐵件的其余部位，采用包覆陽極層或其他保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)。
本實(shí)用新型可以形成一種容易準(zhǔn)確檢測，不存在常規(guī)陰極保護(hù)中很難掌握的介質(zhì)IR降變化因素，可監(jiān)控、可調(diào)節(jié)、陰極保護(hù)電位穩(wěn)定，不存在析氫或陰極剝離等弊端，而且可以在監(jiān)控站對大范圍的陰極保護(hù)長距離監(jiān)控這樣一種性能可靠、方便實(shí)用的新型陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)體系。建立這樣的體系，應(yīng)將前面介紹的方案稍微作一些改變，首先將需保護(hù)的金屬件的整個(gè)表面包覆一層絕緣保護(hù)層(厚度大小隨所選用的絕緣層的絕緣性能而定，當(dāng)絕緣層的絕緣性能很好時(shí)，宜盡量減薄其厚度)，在絕緣保護(hù)層表面采用粘接劑或壓緊法再包覆一層或多層陽極層，并通過導(dǎo)電連接件和導(dǎo)線及控制開關(guān)將陽極層與被保護(hù)的金屬件及測試儀表導(dǎo)通，或采用被絕緣物分割成相互絕緣的若干部分的一層或多層陽極層將金屬件整體嚴(yán)密包覆，并通過導(dǎo)電連接件、導(dǎo)線、控制開關(guān)將陽極層的各部分導(dǎo)通，并與被保護(hù)的金屬件及測試儀表導(dǎo)通，見圖15。根據(jù)陰極保護(hù)電流或陰極保護(hù)電位的變化，通過控制開關(guān)的斷接，分段剖析及時(shí)發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)電流增大(或陰極保護(hù)電位的變化)所在段的位置，及時(shí)采取彌補(bǔ)措施。
在上述陰極保護(hù)系統(tǒng)中，當(dāng)陽極層完好無損時(shí)，陰極(指被保護(hù)的金屬基體)和陽極層之間的電流幾近于零，隨著陽極層破損增大這個(gè)電流也隨之增大，因?yàn)榛旧喜淮嬖诮橘|(zhì)的IR降，被保護(hù)的金屬件與陽極層之間連通良好，金屬間的IR降也接近零，即使在遠(yuǎn)距離的部位存在一些金屬間的IR降，但這也是一個(gè)不變化的固定值，容易掌握。又由于是大陽極小陰極體系，陽極幾乎不極化，因此和常規(guī)陰極保護(hù)完全不同，排除了一切難以掌握的變化因素，陰陽極之間的電流大小的變化或電阻的變化，直接明顯反應(yīng)出陽極層破損或屏蔽泄漏的情況，通過控制開關(guān)分段切割，就能很方便地找準(zhǔn)陽極層破損所在的部位，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。
也可以采用測定陰陽極之間電位變化的方法進(jìn)行監(jiān)控，在上述陰極保護(hù)系統(tǒng)中E＝|ΔEC|+|ΔEA|+IR1+IR2E-陰極保護(hù)系統(tǒng)中的電動(dòng)勢，也就是開路狀態(tài)時(shí)陰極和陽極之間的電位差|ΔEC|-陰極極化電位的絕對值|ΔEA|-陽極極化電位的絕對值IR1-介質(zhì)電阻引起的電壓降IR2-金屬電路系統(tǒng)的電壓降由于導(dǎo)電連接良好，金屬電路電阻小IR2≈0由于陽極層緊密包覆基材，中間間隔的絕緣層很薄，陰陽極之間距離極小，因此介質(zhì)電阻也極小所以IR1≈0導(dǎo)通的，這和富鋅涂層有本質(zhì)的差別，只要膜層是連續(xù)的，隨著包覆面積的增大，膜層和被包覆的金屬件之間的電阻值會(huì)逐漸減小，例如1平方厘米的連續(xù)陽極層粘附于相同面積的金屬件表面，其間的電阻值約為105-106Ω，用同樣的粘結(jié)劑將同樣的陽極層粘附于金屬件表面，當(dāng)膜層的連續(xù)面積擴(kuò)大至10平方米，其間的電阻值就能降至10Ω以下，這和航空部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無機(jī)鋁涂層的電阻技術(shù)指標(biāo)(15Ω)處于同一數(shù)量級，而且整個(gè)膜層和金屬件各部位之間的電阻值都相等。這一點(diǎn)對現(xiàn)有的富鋅涂層來說是無法辦到的，因?yàn)楦讳\涂層與鋼鐵件之間的導(dǎo)通是鋅粉與鋼鐵件表面的局部導(dǎo)通，而本實(shí)用新型則是整體導(dǎo)通，因此只要連續(xù)的陽極層或負(fù)電性金屬膜包覆面積足夠大的大型金屬構(gòu)件，該膜層和被保護(hù)的金屬件之間的電阻值能夠降得很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般富鋅涂層的電阻，也可以低于無機(jī)富鋁涂層的電阻值(15Ω)，甚至可以達(dá)到和熱浸鍍鋁鋅一樣小的電阻，因此除了由于受粘結(jié)劑耐熱性的限制，其耐熱性比不上熱浸鍍鋁鋅外，其它的防護(hù)性能完全不低于熱浸鍍鋁鋅。為了降低陽極層或負(fù)電性金屬膜和被包覆的金屬件之間的電阻值還可采用機(jī)械緊固辦法或者聯(lián)結(jié)導(dǎo)電連接件使陽極層或負(fù)電性金屬膜和被包覆的金屬件導(dǎo)通，使其間的電阻值不大于1Ω或更小，采用這種辦法導(dǎo)電時(shí)應(yīng)將所有與負(fù)電性金屬膜接觸或暴露的緊固件、緊固用的墊片或?qū)щ娺B接件，都采用上面提到的負(fù)電性金屬材料制作，或采用鍍覆電極電位不高于上述這類負(fù)電性金屬的電極電位的鍍件例如鍍鋅、鍍鎘、鍍鋁、或鍍鋁鋅合金的鋼材或絕緣材料制作，所有電極電位比金屬件正的用于導(dǎo)電連通的金屬都必須用絕緣物嚴(yán)密封閉。
合適的無機(jī)粘結(jié)劑也可采用，使得包覆負(fù)電性金屬膜的金屬件能夠經(jīng)受更高的使用溫度?？梢圆捎帽菊餍蛯?dǎo)電粘結(jié)劑或其他類型的導(dǎo)電粘結(jié)劑粘貼上述的負(fù)電性金屬膜和鋼鐵件。當(dāng)采用摻合型導(dǎo)電粘結(jié)劑時(shí)，其摻合的導(dǎo)電顆粒的電極電位必須負(fù)于鐵，例如采用加有鋅粉(或鋅合金粉)的粘結(jié)劑、加有鋁粉(或鋁合金粉)的粘結(jié)劑、加有鎂粉(或鎂合金粉)的粘結(jié)劑、加有其他負(fù)電性導(dǎo)電粉末的粘結(jié)劑。在粘結(jié)劑中添加足夠量的鋅粉或鋁粉或鎂粉后，就相當(dāng)于在陽極層和金屬件之間增加了一層富鋅或富鋁或富鎂涂層，所不同的是這些富鋅或富鋁或富鎂涂層借助了陽極層的導(dǎo)電性而產(chǎn)生整體導(dǎo)通的效果，因而其陰極保護(hù)功能有所提高。同樣道理也可以在陽極層或負(fù)電性金屬膜的外表再涂覆一層有機(jī)或無機(jī)富鋅或富鋁涂層，以提高整體的防護(hù)性能。粘貼陽極層或負(fù)電性金屬膜前應(yīng)盡量除去鋼鐵件或其他金屬件表面的氧化膜、銹蝕或其他絕緣物以及油漬、漆膜或污垢。對于大型鋼鐵件或其他金屬件，表面保留一層堅(jiān)固的氧化膜并不影響產(chǎn)品質(zhì)量，只要包覆后陽極層與金屬件之間的電阻值足夠小就行。但對于松動(dòng)的氧化膜必須除去，否則會(huì)影響金屬件與陽極層之間的附著力。負(fù)電性金屬膜應(yīng)盡量采用延展性好的材料，例如經(jīng)過退火處理的材料。最好采用不含溶劑的粘結(jié)劑，但也可以采用含溶劑的粘結(jié)劑，將這種粘結(jié)劑涂覆于陽極層和金屬件表面后，必須待溶劑揮發(fā)完后才能粘合。粘合時(shí)施加壓力的大小視陽極層與金屬件之間的電阻值而定，對于尺寸大的金屬件，施加同樣的壓力其電阻值會(huì)小些?？刹捎妙A(yù)加熱然后再貼合的辦法，也可以采用貼合后再加熱，或者加熱同時(shí)加壓貼合，根據(jù)不同情況選擇加熱和加壓貼合的方式使陽極層和金屬件粘合，加熱的溫度和時(shí)間視不同粘合劑的特性和加熱的方法而定，常溫固化的粘結(jié)劑只加壓不加熱?？梢圆捎酶鞣N加熱的方法，例如電阻加熱、遠(yuǎn)紅外加熱、熱風(fēng)加熱、激光加熱、高頻加熱、中頻加熱或低頻感應(yīng)加熱、接觸式加熱、超聲波加熱等等。
對于需要焊接的金屬件應(yīng)預(yù)留出與焊接部位(包括焊接熱影響區(qū))同樣長度的事先不包覆由于是大陽極小陰極體系，陽極電流密度極小，陽極幾乎無極化現(xiàn)象，因此 |ΔEA|≈0由此可見 |ΔEC|≈E也就是說該系統(tǒng)中的陰極極化值幾乎就等于電動(dòng)勢，也就是幾乎等于開路狀態(tài)時(shí)，陽極層與被保護(hù)的金屬件之間的電位差，從這個(gè)意義上講，這是一種處于理想狀態(tài)的陰極保護(hù)體系，所施加的能量或者說所消耗的犧牲性金屬全部用作有用功(即陰極極化值)，正因?yàn)槿绱耍米麝枠O層的負(fù)電性金屬材料消耗極為緩慢，從而實(shí)現(xiàn)長效防護(hù)。
正由于|ΔEC|≈E，所以也就可以在監(jiān)控站內(nèi)測定系統(tǒng)的電位差變化，從而對陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。
在上述系統(tǒng)中接一個(gè)測量電阻RX，上述系統(tǒng)E＝|ΔEC|+|ΔEA|+IR1+IR2+IRX∵|ΔEA|≈0 IR1≈0 IR2≈0∴E≈|ΔEC|+IRX其中|ΔEC|與電流密度成正比IRX與電流強(qiáng)度成正比，因此隨著陽極破損面積或屏蔽泄漏狀態(tài)的大小，測定IRX的變化，也能判定陽極層的損壞或泄漏程度，通過控制開關(guān)分段切割，也就能準(zhǔn)確找到陽極層損傷所在的部位。
對于前述的不加絕緣層由陽極層直接包覆并導(dǎo)通的金屬件可作以下的改變，在陽極層的表面包覆一層絕緣保護(hù)層或者在陽極層表面先包覆一層對電解質(zhì)離子導(dǎo)通的離子導(dǎo)電活化劑或緩蝕劑組成的離子導(dǎo)電包覆層，在離子導(dǎo)電包覆層上再包覆一層絕緣保護(hù)層，然后采用粘接劑或壓緊法再包覆一層或多層采用與陽極層完全相同的材料制作的第二陽極層，并通過導(dǎo)電連接件和導(dǎo)線及控制開關(guān)將第二陽極層與被保護(hù)的金屬件及測試儀表導(dǎo)通，或再包覆一層或多層被絕緣物絕緣分割為若干段的第二陽極層，通過導(dǎo)電連接件、導(dǎo)線和控制開關(guān)將第二陽極層各段連通，并通過電流表與陽極層連通，根據(jù)陽極層與第二陽極層之間的電流或電位或電阻的變化，通過分段剖析監(jiān)測陰極保護(hù)效果和進(jìn)行調(diào)控，第二陽極層其外表也可再包覆一層離子導(dǎo)電包覆層，第二陽極也起陰極保護(hù)作用。
所述的絕緣保護(hù)層或絕緣物的材料選自各種天然樹脂、合成樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯樹脂、環(huán)氧煤瀝青、石油瀝青、煤瀝青、煤焦油磁漆、玻璃纖維編織物或其它絕緣物，其中至少一種。
上述兩種可控陰極保護(hù)體系，也可以結(jié)合外加直流電源陰極保護(hù)，組成綜合調(diào)控，也就是在系統(tǒng)中串接一個(gè)可調(diào)控的恒電位直流電源。當(dāng)體系中陰極保護(hù)電位足夠時(shí)，外加電源不必施加負(fù)電位，甚至可利用本身的阻抗逆向減小負(fù)電位，當(dāng)體系中陰極保護(hù)電位不足時(shí)，外加電源自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)電位，采取這種體系時(shí)，可采用普遍鋁箔(薄鋁板)或鋁合金箔(或薄板)制作陽極層或第二陽極層，這時(shí)第二陽極層可采用不同于陽極層的材料制作，也可采用非犧牲性金屬箔(或薄板)制作陽極層或第二陽極層，但最好不要采用電極電位太負(fù)的金屬。在這種系統(tǒng)中，外接電源所施加的能量極小，增加的負(fù)電位也極小，因此不必?fù)?dān)心會(huì)增加鋁箔的損耗，它完全不同于常規(guī)陰極保護(hù)，在常規(guī)陰極保護(hù)體系中，E＝|ΔEC|+|ΔEA|+IR1+IR2|ΔEA|遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于|ΔEC|(因?yàn)槭谴箨帢O小陽極)
IR1也很大，特別是遠(yuǎn)離陽極的部位IR1更大，IR2在犧牲陽極系統(tǒng)中隨著腐蝕產(chǎn)物的增多而增大，在常規(guī)外加電源陰極保護(hù)系統(tǒng)中，包含了電源本身較大的電壓降。
因此|ΔEC|這個(gè)有用功只占電動(dòng)勢的極小部分，估計(jì)可能小于10％，所以犧牲陽極消耗快，在外加電源系統(tǒng)中，雖然消耗的電能代價(jià)不高，但是諸多的變化的因素，使這一系統(tǒng)難以監(jiān)測和調(diào)控。
由此可見本實(shí)用新型所提供的陰極保護(hù)系統(tǒng)與常規(guī)陰極保護(hù)相比，有著十分顯著的優(yōu)越性。
上述可控陰極保護(hù)體系是通過負(fù)電性金屬材料或外接直流電源或兩者共同作用提供陰極保護(hù)電流，通過調(diào)節(jié)控制保護(hù)系統(tǒng)的電極電位達(dá)到既不引起析氫，而且陽極的電極電位比被保護(hù)的金屬件的電極電位至少負(fù)110mV。對于保護(hù)鋼鐵件，該包覆陽極層的金屬件在淡水或中性介質(zhì)中的電極電位應(yīng)控制在不高于-830mV(CSE)，較好的范圍是-850mV(CSE)到-1120mV(CSE)之間，這一電位可以采用常規(guī)方法測量，因?yàn)镮R1≈0，所以簡便的測量也能得到較好和準(zhǔn)確的結(jié)果，當(dāng)陽極層遭到損傷，出現(xiàn)裂紋或縫隙，縫隙處裸露的金屬基材的陰極極化值至少為-100mV。
為提高防護(hù)性或?yàn)榱朔乐箼C(jī)械損傷金屬膜，可在上述各種包覆層或負(fù)電性金屬膜的最外面再增加一層或多層有機(jī)或無機(jī)的外保護(hù)層，包括包覆層、增強(qiáng)層或涂層。可事先制作這樣的外保護(hù)層，也可在上述各種保護(hù)層包覆到金屬件表面后再包覆或涂覆這樣的外保護(hù)層。
可按不同需要事先在用作陽極層的負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面或外表面或內(nèi)外表面涂覆一層或多層粘結(jié)劑或絕緣層或事先不涂使用前再涂，或按前面提到的表面處理方法使負(fù)電性金屬膜表面獲得一層提高粘附力或防護(hù)性的化學(xué)膜層，同時(shí)制作上述的絕緣層或外保護(hù)層(或不加絕緣層或外保護(hù)層)將這樣制成的膜卷成卷用作包覆鋼鐵件或其他金屬件的原材料備用或銷售，負(fù)電性金屬膜的面積越大粘貼后與被保護(hù)的金屬件之間的電阻越小，因此負(fù)電性金屬膜的單面總面積應(yīng)不小于10平方米。
按照上述各種方法包覆陽極層的金屬件，在鹽霧箱中或浸鹽水的條件下10000小時(shí)以上不出現(xiàn)鐵銹。
下面討論一下本實(shí)用新型的優(yōu)越性和效果本實(shí)用新型和熱浸鍍鋁鋅相比的優(yōu)越性已經(jīng)在前面論述過了，下面著重與目前常用的有機(jī)涂層(各種漆)、熱噴鋅(或鋁)、有機(jī)或無機(jī)富鋅涂層以及常規(guī)的陰極保護(hù)作一些分析比較。
由于本實(shí)用新型的陽極層或負(fù)電性金屬膜是無孔隙的連續(xù)膜層，其屏蔽性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過常規(guī)的涂層，現(xiàn)有的各種有機(jī)或無機(jī)涂層都有孔隙，熱噴鋅(或鋁)以及富鋅涂層也同樣存在孔隙，因此厚度較薄的負(fù)電性金屬膜其屏蔽性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過厚度比它厚的常規(guī)涂層。
由于本實(shí)用新型的陽極層或負(fù)電性金屬膜能有效地反射紫外線或其他輻射線，能極有效地隔離氧氣，因而它也極有效地保護(hù)了膜層下面的粘結(jié)層，因此保護(hù)膜層的抗老化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過各種有機(jī)涂層。
由于陽極層或負(fù)電性金屬膜是優(yōu)良的導(dǎo)體，電阻極小，又有優(yōu)選的負(fù)電極電位，因此它的陰極保護(hù)功能勝過各種富鋅、富鋁涂層，當(dāng)保護(hù)膜遭到損傷時(shí)，損傷處暴露出來的基材的局部表面是小陰極，在連續(xù)水膜覆蓋下的整個(gè)陽極層或負(fù)電性金屬膜層是大陽極，它能極有效地保護(hù)暴露出來的基材表面，使它不出現(xiàn)銹，由于是大陽極小陰極，陽極的電流密度極小，在陽極層表面只有不明顯的輕微和均勻的犧牲性腐蝕產(chǎn)物，從而陽極層的防護(hù)壽命很長，而陰極由于面積小，陰極電流密度大，使陰極充分極化，基材的自然腐蝕也就停止，而一般富鋅涂層由于電阻大，當(dāng)涂層刻破時(shí)只有靠近破損部位的富鋅層才具有犧牲陽極的作用，較遠(yuǎn)的涂層由于電阻大的緣故不能對破損部位提供陰極保護(hù)，相比之下，陽極面積小得多，陽極的腐蝕電流密度相對較高，因此保護(hù)壽命也較短。
采用上述方法制作的包覆負(fù)電性金屬膜的鋼試片，通過導(dǎo)電聯(lián)接點(diǎn)保持金屬膜與鋼基材間的電阻值不大于1Ω，并在試片的中心部位按直徑10mm剝?nèi)グ矊?，在鹽霧或浸鹽水的條件下一個(gè)星期以上不出現(xiàn)鐵銹。
與熱噴鋁相比，除了前面已提到本實(shí)用新型的屏蔽功能優(yōu)于熱噴鋁外，本實(shí)用新型的陰極保護(hù)功能也優(yōu)于熱噴鋁，這是因?yàn)闊釃婁X噴涂過程是由熔融的金屬液滴凝聚而成，在凝聚過程中雖也有冶金結(jié)合但也存在機(jī)械咬合，涂層顆粒之間有孔隙，并且電阻較大，在噴涂過程中顆粒表面容易出現(xiàn)氧化或鈍化現(xiàn)象，因此在某些環(huán)境中其電極電位會(huì)高于鐵，從而失去陰極保護(hù)功能。本實(shí)用新型所采用的負(fù)電性金屬材料，具有優(yōu)選的陰極保護(hù)電位，加上又是大陽極小陰極保護(hù)體系，陽極電流密度極小，不會(huì)由于陽極極化而提高電極電位，因此不會(huì)喪失陰極保護(hù)功能。
本實(shí)用新型和常規(guī)的陰極保護(hù)相比，由于本實(shí)用新型所采用的陽極層或負(fù)電性金屬膜將整個(gè)需保護(hù)的鋼鐵件完整嚴(yán)密地包覆在里面，兩者的面積相等，整體得到均勻保護(hù)，它的陰極保護(hù)電位是均勻恒定的，按電化學(xué)過程來看，只有膜層破損處暴露出來的局部基材表面才是陰極，而整個(gè)連續(xù)水膜覆蓋下的陽極層或負(fù)電性金屬膜則是陽極，所以是大陽極小陰極體系，陰極電流密度大，陰極極化充分，陰極保護(hù)效果極好，和常規(guī)的陰極保護(hù)的大陰極小陽極體系相反。因此本實(shí)用新型能完全避免常規(guī)陰極保護(hù)所存在的陰極保護(hù)電位和陰極保護(hù)電流不均勻，局部過保護(hù)析出氫氣而引起涂層陰極剝離，并存在氫脆及應(yīng)力腐蝕的潛在危險(xiǎn)性，局部保護(hù)電流不足，存在保護(hù)死區(qū)以及容易受地下、水下的外來雜散電流的干擾等缺陷。
本實(shí)用新型實(shí)用性強(qiáng)，對于形狀較簡單的材料例如管材、棒材及其他的等截面的金屬材料，可以按常規(guī)的成熟的擠壓或拉拔技術(shù)，采用上述負(fù)電性金屬材料在工廠的流水作業(yè)上完成對鋼材或其它金屬材料的包覆。例如包覆管材，可事先將負(fù)電性金屬材料也制成管狀套(或塞)于管材的外(或內(nèi))表，再進(jìn)行擠壓或拉拔，使得負(fù)電性金屬緊貼于被保護(hù)的金屬型材表面，從而獲得極好的防腐蝕性能，對于需要焊接的部位，可以按照上面已指出的辦法采用負(fù)電性金屬材料制作的形狀與被保護(hù)的金屬材料相吻合的夾套進(jìn)行保護(hù)，或予留出這些部位，事先不擠壓(或拉拔)，待焊接完畢，再補(bǔ)充擠壓(或拉拔)進(jìn)行包覆。
對于各種大型鋼鐵件、大型金屬件或者是不便于采用擠壓拉拔方法包覆的金屬件，則采用負(fù)電性金屬膜，通過粘結(jié)和壓緊的方法包覆。目前以鋁合金為主體的薄膜(鋁箔)生產(chǎn)技術(shù)很成熟，改變鋁合金薄膜組份，制取更好的負(fù)電性金屬膜是比較容易實(shí)現(xiàn)的，從技術(shù)難度來講研究新的合金薄膜比改變熱浸鍍鋁鋅的組份要容易，因?yàn)楹笳哂绊懸蛩剌^多，在熱浸鍍過程中，鋁等液態(tài)金屬和鋼鐵存在復(fù)雜的反應(yīng)過程，容易影響鋼材的性能，而前者則單純得多，不會(huì)影響鋼材的物理性能。從粘結(jié)劑來看，不斷涌現(xiàn)優(yōu)質(zhì)新品種，采用高性能的粘合劑能夠提高本實(shí)用新型的性能和應(yīng)用范圍，因此本實(shí)用新型有廣闊的發(fā)展前景。
此外對于包覆保護(hù)層后又需要現(xiàn)場焊接或切割的金屬件其他方法很難恢復(fù)保護(hù)層破損部位的防護(hù)性能，而采用本實(shí)用新型則能夠非常簡便有效地恢復(fù)其防護(hù)性能。
本實(shí)用新型的負(fù)電性金屬材料價(jià)格便宜，生產(chǎn)效率高，可以將負(fù)電性金屬膜事先在工廠內(nèi)的流水作業(yè)線上，一次完成內(nèi)表面涂粘結(jié)劑和外表面包覆起保護(hù)作用或裝飾作用的外保護(hù)層，也可以在工廠作業(yè)線上完成包覆鋼鐵件或其他金屬件的操作，和一般涂覆涂層需要多次涂覆，需幾天時(shí)間才能完成涂裝相比，生產(chǎn)效率高得多。由于是工廠內(nèi)作業(yè)，不受氣候和人為因素影響，產(chǎn)品質(zhì)量也容易保證。采用本實(shí)用新型采保護(hù)大型鋼鐵件或其他大型金屬件比其他方法更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本實(shí)用新型特別適用于包覆大型鋼鐵件長效防腐蝕和大批量生產(chǎn)，例如防腐蝕鋼管或防腐蝕鋼軌的大批量生產(chǎn)以及大型儲(chǔ)油罐的長效防腐蝕和防靜電，普通涂漆要散發(fā)出大量有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，損害工人健康。按本實(shí)用新型采用擠壓拉拔或采用無溶劑粘結(jié)劑粘貼方法進(jìn)行包覆，可以完全消除這一弊端。


圖1 按本實(shí)用新型采用擠壓拉拔法在內(nèi)壁包覆一層負(fù)電性金屬保護(hù)層的鋼管示意圖圖2 按本實(shí)用新型包覆的鋼軌示意圖圖3 增加緊固件減小電阻示意圖圖4 按本實(shí)用新型包覆的鋼板示意圖圖5 圖4的A-A部位放大示意圖圖6 本實(shí)用新型的鋼板外增加一層保護(hù)涂層的示意圖圖7 圖6的B-B部位放大示意圖圖8 按本實(shí)用新型的可控陰極保護(hù)體系包覆的鋼管示意圖圖9 按本實(shí)用新型包覆的槽鋼示意圖圖10 按本實(shí)用新型包覆的角鋼示意圖圖11 按本實(shí)用新型包覆的工字鋼示意圖圖12 專門用作為金屬件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的金屬膜示意圖圖13 圖12所示的金屬膜的外表面，又增加有機(jī)或無機(jī)外保護(hù)層的金屬膜示意圖圖14 鋼軌焊接處和焊接熱影響區(qū)用負(fù)電性材料制的夾套壓緊法獲得陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的示意圖圖15 可控陰極保護(hù)體系保護(hù)輸油或輸氣管道的示意圖1.鋼鐵件或其他金屬件基體2.陽極層或負(fù)電性金屬膜3.粘結(jié)劑4.增加的外保護(hù)涂層5.熱收縮套6.負(fù)電性金屬制的螺栓或鍍鋅鋼螺栓7.負(fù)電性金屬制的墊片或鍍鋅鋼墊片8.負(fù)電性金屬制的螺帽或鍍鋅鋼螺帽
9.負(fù)電性金屬制的的夾套或鍍鋅或鍍鋁的鋼制夾套10.鋼軌焊接熱影響區(qū)基材剖面11.絕緣保護(hù)層12.導(dǎo)電連接件13.導(dǎo)線14.控制開關(guān)15.零電阻電流表具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖介紹本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，它們僅僅是實(shí)施本實(shí)用新型一些舉例，并不包括本實(shí)用新型的全部內(nèi)容。
實(shí)施例一采用4～10％Zn 0.8～1.5％Mg 0.2～0.5％Zr余量為Al的鋁合金事先制成一薄壁管其外徑略小于需保護(hù)的鋼管內(nèi)徑，將此鋁合金管進(jìn)行退火處理，然后塞到鋼管內(nèi)，按常規(guī)拉拔工藝，使鋁合金管擴(kuò)張，使其緊貼于鋼管內(nèi)壁，從而防止鋼管內(nèi)壁腐蝕，見圖1。
實(shí)施例二采用熱塑性樹脂聚苯硫醚將厚度80μm的退火狀態(tài)的含有0.05％銦、0.05％鈰其余為鋁的負(fù)電性金屬膜粘貼于保留堅(jiān)固氧化膜的鋼軌表面，在280℃溫度下保溫1-2分鐘，并施加壓力使粘貼牢固，負(fù)電性金屬膜與鋼軌間的電阻值小于1Ω，見圖2。
實(shí)施例三按實(shí)施例二同樣的方法包覆鋼鐵件后，用負(fù)電性金屬制的螺栓和墊片壓緊負(fù)電性金屬膜，從而減小金屬膜與鋼鐵件間的電阻，見圖3。
實(shí)施例四粘結(jié)劑配方固體環(huán)氧樹脂粉末(環(huán)氧當(dāng)量850) 64％線性環(huán)氧樹脂溶液(25％)30％流平劑3％加速雙氰胺3％在70μm厚的負(fù)電性金屬膜上涂覆一層厚度約5-10μm的粘結(jié)劑，在60-80℃溫度下烘干除去溶劑后備用，見圖12。
將上述涂有粘結(jié)劑的負(fù)電性金屬膜包覆鋼板兩面，在180-200℃的溫度下加壓3-5分鐘，然后自然冷卻，負(fù)電性金屬膜和鋼板間的電阻小于1Ω，見圖4。
實(shí)施例五粘結(jié)劑配方主劑固化劑E44環(huán)氧樹脂 聚酰胺(胺值200)使用前將上述主劑和固化劑按5/4的重量比混合均勻，在75μm厚的負(fù)電性金屬膜表面和槽鋼的表面分別涂覆一薄層粘結(jié)劑，并在室溫下靜置10-30分鐘，然后將負(fù)電性金屬膜與槽鋼壓合，在室溫下放置24小時(shí)使完全固化，見圖9。
實(shí)施例六在80μm厚的負(fù)電性金屬膜上涂覆一層厚度約5-10μm的粘結(jié)劑后，并干燥除去溶劑，用作專門為鋼鐵件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的金屬膜備用，或作為產(chǎn)品銷售，見圖12。
實(shí)施例七在75μm厚的負(fù)電性金屬膜上涂覆一層厚度約5-10μm的粘結(jié)劑后，又在另一面涂覆一層外保護(hù)涂層并干燥除去溶劑，用作專門為鋼鐵件提供陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)的金屬膜備用，或作為產(chǎn)品銷售，見圖13。
實(shí)施例八按可控陰極保護(hù)體系，首先在輸油或輸氣鋼管的表面包覆一層絕緣保護(hù)層，然后在每根鋼管的絕緣保護(hù)層外面再分段緊密地包覆一層相互被絕緣物隔離的負(fù)電性金屬膜，見圖8，每根鋼管分別通過導(dǎo)電連接件、導(dǎo)線、控制開關(guān)相互連接并與零電阻電流表連通，形成可控陰極保護(hù)體系，見圖15。
權(quán)利要求1.一種包覆陽極層的金屬件，其特征在于該金屬件需保護(hù)的表面，包覆有一層或多層由負(fù)電性金屬膜制作的陽極層，陽極層與金屬件之間有一層粘結(jié)劑或無粘結(jié)劑，該陽極層與所包覆的金屬件之間有導(dǎo)電連接件或無導(dǎo)電連接件，陽極層與被包覆的金屬件之間的電阻值不大于1Ω，制作陽極層或?qū)щ娺B接件的材料或鍍覆導(dǎo)電連接件的鍍層材料是具有在各種潮濕自然環(huán)境中不引起基材析氫的電極電位，并且比在同樣環(huán)境中的被保護(hù)金屬件之電極電位至少負(fù)110mV的負(fù)電性金屬材料，對于保護(hù)鋼鐵件該包覆陽極層的金屬件在淡水或中性介質(zhì)中的電極電位在-830mV(CSE)到-1120mV(CSE)之間，陽極層的表面有一層或多層外保護(hù)層或無外保護(hù)層，陽極層損傷處裸露的金屬基材的陰極極化值至少為-100mV。
2.按權(quán)利要求1所述的包覆陽極層的金屬件，其特征在于在陽極層的表面包覆有一層絕緣保護(hù)層，或陽極層表面包覆有一層對電解質(zhì)離子導(dǎo)通的由離子導(dǎo)電活化劑或緩蝕劑組成的離子導(dǎo)電包覆層，在離子導(dǎo)電包覆層上包覆有一層絕緣保護(hù)層，在絕緣保護(hù)層外包覆有一層或多層第二陽極層，或在第二陽極層外再包覆一層離子導(dǎo)電包覆層，陽極層、絕緣保護(hù)層、離子導(dǎo)電包覆層、第二陽極層和被保護(hù)的金屬件之間有一層粘結(jié)劑或無粘結(jié)劑，第二陽極層與被保護(hù)的金屬件之間有導(dǎo)電連接件，導(dǎo)線、控制開關(guān)及測試儀表，形成電子通路，該電子通路間串接有可控直流電源或無可控直流電源，第二陽極層的表面有一層或多層外保護(hù)層或無外保護(hù)層。
3.一種包覆陽極層的金屬件，其特征在于在金屬件需保護(hù)的表面包覆有一層絕緣保護(hù)層，在絕緣保護(hù)層的表面包覆有一層或多層由負(fù)電性金屬膜或非犧牲性金屬材料構(gòu)成的陽極層，陽極層、絕緣保護(hù)層和金屬件之間有一層粘結(jié)劑或無粘結(jié)劑，陽極層與被保護(hù)的金屬件之間有導(dǎo)電連接件，導(dǎo)線、控制開關(guān)及測試儀表，形成電子通路，該電子通路間串接有可控直流電源或無可控直流電源，制作陽極層或?qū)щ娺B接件的材料或鍍覆導(dǎo)電連接件的鍍層材料是在各種潮濕自然環(huán)境中的電極電位比同樣環(huán)境中被保護(hù)的金屬件之電極電位至少負(fù)110mV的負(fù)電性金屬材料或非犧牲性金屬材料，陽極層具有在各種潮濕自然環(huán)境中不引起基材析氫，并且比被保護(hù)的金屬件至少負(fù)110mV的電極電位，對于保護(hù)鋼鐵件該包覆陽極層的金屬件在淡水或中性介質(zhì)中的電極電位在-830mV(CSE)到-1120mV(CSE)之間，陽極層的表面有一層或多層外保護(hù)層或無外保護(hù)層，陽極層損傷處裸露的金屬基材的陰極極化值至少為-100mV。
4.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的包覆陽極層的金屬件，其特征在于所述的外保護(hù)層是有機(jī)或無機(jī)的外保護(hù)層。
5.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的包覆陽極層的金屬件，其特征在于該金屬件的焊接處和焊接熱影響區(qū)有一層補(bǔ)包的陽極層，補(bǔ)包陽極層與其余部位陽極層的制作材料相同，其間的電阻不大于1Ω，或該金屬件的焊接處和焊接熱影響區(qū)貼合有形狀與被包覆的金屬件相吻合的金屬夾套，該金屬夾套的電極電位不高于陽極層的電極電位，金屬夾套與壓合部位陽極層間的電阻不大于1Ω。
6.按權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的包覆陽極層的金屬件，其特征在于制作絕緣保護(hù)層的材料選自各種天然樹脂、合成樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯樹脂、環(huán)氧煤瀝青、石油瀝青、煤瀝青、煤焦油磁漆、玻璃纖維編織物，其中至少一種。
7.一種專門用來制作包覆金屬件之陽極層的負(fù)電性金屬膜，其特征在于制作負(fù)電性金屬膜的材料是在各種潮濕自然環(huán)境中的電極電位比同樣條件下所包覆金屬件的電極電位至少負(fù)110mV的負(fù)電性金屬材料，選自各種熱處理狀態(tài)和各種不同表面處理或消光處理狀態(tài)的負(fù)電性金屬膜，該負(fù)電性金屬膜的內(nèi)表面或外表面或內(nèi)外表面有一層或多層粘結(jié)劑或絕緣層或外保護(hù)層，或無粘結(jié)劑、絕緣層或外保護(hù)層，金屬膜單面的總面積不小于10平方米。
8.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的包覆陽極層的金屬件或權(quán)利要求7所述的專門用來制作包覆金屬件之陽極層的的負(fù)電性金屬膜，其特征在于所述的負(fù)電性金屬材料選自添加有鎵、鋅、硅、鎂、汞、銦、錫、鎘、鋁、錳、鈦、碳、鎳、鉍、鉛、鈣、鈹、鋰、銻、鍶、鈧、鋯、釩、鉻、鉬、磷、硼、鍺、稀土金屬或其他元素中的一種或數(shù)種元素的鋁、鋁合金、鋅、鋅合金、鎂或鎂合金，其中至少一種，或選用含銅量不大于0.1％且含鐵量不大于0.7％的鋁或鋁合金，該負(fù)電性金屬材料在退火狀態(tài)時(shí)室溫以下的延伸率不少于30％。
9.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的包覆陽極層的金屬件或權(quán)利要求7所述的專門用來制作包覆金屬件之陽極層的負(fù)電性金屬膜，其特征在于在所述的陽極層或負(fù)電性金屬膜的外表面或內(nèi)表面或內(nèi)外表面涂覆有一層或多層對電解質(zhì)離子導(dǎo)通的不引起陽極層鈍化或能消除陽極鈍化的由離子導(dǎo)電活化劑或緩蝕劑組成的離子導(dǎo)電包覆層，該離子導(dǎo)電活化劑中添加有不引起陽極鈍化的一種或多種緩蝕劑或不含緩蝕劑。
10.按權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的包覆陽極層的金屬件或權(quán)利要求7所述的專門用來制作包覆金屬件之陽極層的負(fù)電性金屬膜，其特征在于所述的粘結(jié)劑選自熱塑性樹脂、熱固性樹脂、天然樹脂、合成樹脂、加有各種添加劑改性的熱塑性或熱固性樹脂、幾種樹脂的合成物、無機(jī)粘結(jié)劑、改性的無機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)物改性的無機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)物改性的有機(jī)粘結(jié)劑、介于有機(jī)物和無機(jī)物之間的粘結(jié)劑、導(dǎo)電粘結(jié)劑、熱熔膠、加有鋅粉或鋅合金粉的粘結(jié)劑、加有鋁粉或鋁合金粉的粘結(jié)劑、加有鎂粉或鎂合金粉的粘結(jié)劑、加有其他負(fù)電性的導(dǎo)電粉末的粘結(jié)劑和加有緩蝕劑的粘結(jié)劑，其中至少一種，上述粘結(jié)劑含溶劑或不含溶劑。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種包覆陽極層的金屬件，屬于金屬防腐蝕領(lǐng)域，解決各種大型金屬件在潮濕自然環(huán)境中的腐蝕問題，消除現(xiàn)有防腐技術(shù)存在的各種弊端和困難，例如存在孔隙、保護(hù)電位不均、難于監(jiān)控，析氫帶來的危害等，確保金屬件長期不腐蝕。采用一層或多層陽極層(或陽極層加保護(hù)層)，將金屬件需保護(hù)的表面嚴(yán)密包覆，形成無孔隙的屏蔽和整體電位均勻一致可調(diào)控的陰極保護(hù)。適用于各種大型金屬件的長效防護(hù)，例如各種管道的防腐蝕、鋼軌的防腐蝕、大型儲(chǔ)油罐的防腐蝕和防靜電、各種大型鋼結(jié)構(gòu)或其它大型金屬件的防腐蝕，以及開發(fā)耐蝕鋼材，也可用于經(jīng)涂裝后又需要焊接的金屬件，有廣泛的適用性。
文檔編號C23F13/00GK2732758SQ20042003441
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者趙全璽, 趙鴻, 趙毅 申請人:趙全璽