專利名稱：船舶陰極保護(hù)用金屬氧化物陽極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬氧化物陽極組件，適用于船舶外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，用于防止船殼、舵板以及螺旋槳推進(jìn)器的海水腐蝕，也可用于防止浮船塢、躉船、水工閘門等金屬結(jié)構(gòu)物的腐蝕，具體地說是一種屬電化學(xué)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的船舶陰極保護(hù)用金屬氧化物陽極組件。
背景技術(shù)：
陰極保護(hù)和涂料相結(jié)合可以有效地防止船舶等金屬結(jié)構(gòu)物在海水中的腐蝕。依據(jù)提供保護(hù)電流的方式不同，陰極保護(hù)可以分為犧牲陽極和外加電流兩種方法。犧牲陽極法是通過將電負(fù)性的陽極材料和船體相連接，通過電偶作用使其自身溶解消耗來產(chǎn)生陰極保護(hù)電流；而外加電流陰極保護(hù)方法是通過外部的直流電源來提供所需的保護(hù)電流，其特點(diǎn)是驅(qū)動電壓高、輸出電流大、保護(hù)壽命長，并且可隨外界工況條件的變化而自動調(diào)節(jié)輸出電流的大小，使被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物一直處于最佳的保護(hù)狀態(tài)。對于船舶來說，由于外加電流陰極保護(hù)方法只需要安裝少量的輔助陽極，因而對船舶的航行不會產(chǎn)生明顯的阻力。基于上述的這些優(yōu)點(diǎn)，對于大型海洋船舶或?qū)剿儆幸蟮目齑?，通常均采用外加電流陰極保護(hù)防腐蝕系統(tǒng)。
外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)通常由電源設(shè)備、輔助陽極和參比電極等部分構(gòu)成。輔助陽極組件是船體外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用是將電源設(shè)備提供的保護(hù)電流經(jīng)由介質(zhì)傳遞到被保護(hù)的船體及附體的表面。輔助陽極組件通常由起排流作用的陽極體和起固定及絕緣作用的陽極托架所構(gòu)成。
作為陽極體的材料應(yīng)具有小的消耗速率、良好的穩(wěn)定性和長的使用壽命以及良好的電導(dǎo)性和電化學(xué)活性，同時(shí)還應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和高的性能價(jià)格比。目前在船舶外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中經(jīng)常使用的陽極體材料主要有鉛銀合金和鉑鈦、鉑鈮、鉑鉭復(fù)合陽極。鉛銀合金陽極屬于微溶性陽極，但比重大，笨重，不便于安裝，而且鉛具有毒性，對環(huán)境有污染，在實(shí)際工程中的使用正越來越少，逐漸被性能更好的陽極材料所取代。鉑鈦、鉑鈮、鉑鉭復(fù)合陽極是在惰性金屬鈦、鈮或鉭基體上用冶金拉拔或軋制等方法復(fù)合一層鉑層而構(gòu)成，具有良好的電化學(xué)性能和長的使用壽命，但制備工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴。
由于陽極在海水中工作時(shí)，表面會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成氯氣、氧氣、次氯酸等，因此陽極托架必須在這種介質(zhì)條件下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)具有足夠的介電性能和較好的機(jī)械性能。陽極絕緣托架材料曾采用過聚氯乙烯、尼龍、層壓酚醛玻璃鋼等，這些材料在長期工作時(shí)，容易老化、性能不穩(wěn)，產(chǎn)生失效。
船舶外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)常采用長條狀輔助陽極組件，有的甚至可達(dá)到數(shù)米長，盡管可降低接水電阻，但對于曲率較大的船體部位如船艏或船艉則無法安裝，而這些部位由于和銅螺旋槳接觸或涂層容易破損往往需要較大的保護(hù)電流，因此輔助陽極組件應(yīng)盡量安裝在這些部位。此外，輔助陽極組件由于直接安裝在船體外表面，不僅影響船體的流線，而且易于受到碰撞等機(jī)械損傷，對于冰區(qū)航行的船舶，尤其易出現(xiàn)這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有船用輔助陽極組件所存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種陰極保護(hù)用金屬氧化物輔助陽極組件，該陽極組件適于安裝在曲率較大的船體部位，具有良好的電化學(xué)性能，不易損傷、可長期可靠地工作。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)由陽極體、導(dǎo)電桿、陽極托架、固定邊框、密封圈、密封填料、接線盒和陽極電纜結(jié)合而成，陽極體的工作面為圓盤狀鈦基體，其厚度為1.5-15mm，含鈦純度為99％-100％，其表面復(fù)合有導(dǎo)電的陶瓷混合金屬氧化物；陽極體背面焊接有導(dǎo)電桿；陽極體置于復(fù)合材料熱壓成型的陽極托架上，用固定邊框壓緊并用螺栓固定后固定于船體上預(yù)制的凹槽內(nèi)，螺栓端頭用密封膩?zhàn)臃舛?，固定邊框采用極耐蝕的聚合物材料如聚四氟乙烯等制成。
陽極組件直徑小于船體肋骨檔之間的距離，其工作表面積的大小根據(jù)所要求的排流量大小進(jìn)行剪裁。
鈦基體即鈦質(zhì)陽極體工作表面覆有導(dǎo)電的陶瓷混合金屬氧化物，主要由氧化釕、氧化銥、氧化鈀等鉑族金屬氧化物中的一種或多種和氧化鈦、氧化錫、氧化鉭等非貴金屬氧化物中的一種或多種混合構(gòu)成，貴金屬氧化物的含量為30％-100％(摩爾比)；鈦基體背面焊接有的起導(dǎo)電作用的導(dǎo)電桿將陽極電纜和陽極體電性連接，導(dǎo)電桿采用實(shí)心鈦棒或銅芯復(fù)合鈦棒結(jié)構(gòu)成分。
具有絕緣功能的陽極托架采用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，改性環(huán)氧樹脂為基本材料，以短切玻璃纖維為增強(qiáng)材料，滑石粉為填料，加入硅烷偶聯(lián)劑和高溫固化劑經(jīng)熱壓工藝成型；帶有導(dǎo)電桿的陽極體嵌入模壓成型的陽極托架中，用環(huán)氧樹脂涂封料進(jìn)行封裝固定，絕緣陽極托架可防止導(dǎo)電桿與船體上的密封罩短路；陽極體的工作表面邊緣處鑲嵌有聚四氟乙烯成分的固定邊框；陽極體穿入船體并用O型密封圈和密封填料雙重密封，陽極電纜經(jīng)密封填料焊接到導(dǎo)電桿上。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)采用鈦?zhàn)麝枠O基體，具有良好的機(jī)械性能，并易于加工；陽極重量輕，可替代笨重的鉛銀合金陽極，便于搬運(yùn)和安裝；(2)采用了導(dǎo)電的混合金屬氧化物做陽極涂層，使該陽極具有極高的穩(wěn)定性和很低的消耗率，因而可具有長的使用壽命；由于氧化物涂層具有高的電化學(xué)活性，可采用較大的工作電流密度和較低的電源輸出電壓，因而具有更高的效率；而且價(jià)格較鉑陽極便宜，可節(jié)約貴金屬資源；(3)采用了玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料和熱壓成型工藝制造陽極托架，并采用具有極高耐蝕性的聚四氟乙烯邊框，因而具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐水性、電絕緣性能及化學(xué)穩(wěn)定性，可以長期可靠地工作；(4)采用圓盤狀陽極組件和鑲嵌式安裝，適合于安裝在有曲率的船體部位如船艏和船艉，并且不易產(chǎn)生碰撞等機(jī)械損傷；(5)由于陽極體和陽極托架是在工廠封裝成一體化的組件，增加了其可靠性，并便于現(xiàn)場安裝。(6)陽極穿入船體部位采用了O型圈和填料雙重密封，改進(jìn)了水密性能，提高了輔助陽極的工作可靠性。


圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施由陽極體1、導(dǎo)電桿2、陽極托架3、固定邊框4、密封圈5、密封填料6、接線盒7和陽極電纜8電化學(xué)原理性組合成一體結(jié)構(gòu)，其陽極體1的工作面采用圓盤形狀的鈦基體，其表面復(fù)合有導(dǎo)電的陶瓷混合金屬氧化物，背面焊接有實(shí)心鈦棒或銅芯復(fù)合鈦棒的導(dǎo)電桿2；陽極托架3采用耐老化、吸水率低的熱壓成型的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；陽極體1采用固定邊框4壓緊并用螺栓固定，固定邊框4采用極耐蝕的聚合物材料如聚四氟乙烯等制成。
鈦質(zhì)陽極體的純度應(yīng)高于99％，和鈮、鉭等其它陽極基體材料相比，具有較低的價(jià)格和高的性能價(jià)格比，并且可以完全滿足海水中船舶陰極保護(hù)的需要。陽極體1采用圓盤狀結(jié)構(gòu)，在相同工作面積的條件下具有較小的總體結(jié)構(gòu)尺寸，并且便于鑲嵌在船體表面，使船體表面呈流線型以降低航行時(shí)水流的阻力。由于陽極體1不突出船體表面，因此不易受到碰撞等機(jī)械損傷。由于陽極體1的尺寸較小，因此便于陽極組件的成型與安裝，尤其適合于在有曲率的表面如船艏或船艉處安裝。陽極組件的直徑應(yīng)小于船體肋骨檔之間的距離。陽極體1工作表面積的大小直接影響陽極的排流量，可根據(jù)所要求的排流量大小，在陽極體允許的尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行剪裁。鈦質(zhì)陽極體的鈦質(zhì)厚度應(yīng)保證陽極體1具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
在鈦基體的工作表面覆有導(dǎo)電的陶瓷混合金屬氧化物，主要由氧化釕、氧化銥、氧化鈀等鉑族金屬氧化物中的一種或多種和氧化鈦、氧化錫、氧化鉭等非貴金屬氧化物中的一種或多種混合構(gòu)成，并且貴金屬氧化物的含量應(yīng)不小于30％(摩爾比)；當(dāng)貴金屬氧化物的含量小于該值時(shí)，混合金屬氧化物陽極的電化學(xué)性能將會明顯劣化。由于該混合金屬氧化物涂層具有良好的導(dǎo)電性、大的比表面積和極高的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，因此該鈦基氧化物涂層陽極具有比鉑鈦陽極更高的電催化活性和更小的消耗率，是一種高性能的輔助陽極材料，同時(shí)其價(jià)格也比鉑陽極低。
在鈦質(zhì)陽極體1的背面焊接有導(dǎo)電桿2，導(dǎo)電桿2起導(dǎo)電作用，將陽極電纜8和陽極體1電性連接在一起，導(dǎo)電桿2采用實(shí)心鈦棒或采用銅芯復(fù)合鈦棒以降低電阻。
陽極托架3采用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，選用改性環(huán)氧樹脂為托架基本材料，以短切玻璃纖維為增強(qiáng)材料，滑石粉為填料，并加入硅烷偶聯(lián)劑以提高其耐水性，采用高溫固化劑和熱壓工藝成型，陽極托架3具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐水性及化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)具有良好的電絕緣性能。
將帶有導(dǎo)電桿2的陽極體1嵌入模壓成型的陽極托架3中，采用環(huán)氧樹脂涂封料進(jìn)行封裝固定，導(dǎo)電桿2封裝在絕緣的陽極托架3中，可防止導(dǎo)電桿2與船體上的密封罩短路。
為減少陽極表面析出氯氣等對陽極托架的損傷，也為了將輔助陽極固定在船體上，在陽極體1的工作表面邊緣處鑲嵌有聚四氟乙烯固定邊框4，聚四氟乙烯固定邊框4和復(fù)合材料陽極托架3之間采用螺栓連接在一起，并固定在船體上，其螺栓的端頭采用密封膩?zhàn)臃舛?；由于采用了嵌入式安裝結(jié)構(gòu)，陽極不易受到碰撞等機(jī)械損傷，也不會對船體表面產(chǎn)生流體阻力。
陽極穿入船體部位采用了O型圈和填料雙重密封，以防止海水滲入電纜接線盒內(nèi)，陽極電纜8通過電纜密封填料6焊接到輔助陽極的導(dǎo)電桿2上。
實(shí)施例采用鈦板做陽極基體，其直徑為Φ300mm，厚度為10mm，其背面焊接有直徑為12mm的鈦導(dǎo)電桿2，在陽極體1的工作表面被覆含有氧化釕、氧化銥、氧化鈦、氧化鉭、氧化錫的混合金屬氧化物導(dǎo)電涂層，其中氧化釕和氧化銥的含量為30％(mol)。采用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料經(jīng)模壓成型制造陽極托架3。用環(huán)氧樹脂將陽極體1封裝在成型的陽極托架3中，制成陽極組件。采用聚四氟乙烯制成陽極固定邊框4，將輔助陽極組件安裝在船體艉部預(yù)先制備好的凹槽內(nèi)，采用6只螺栓予以固定。根據(jù)設(shè)計(jì)所需的保護(hù)電流量，共采用了2只輔助陽極組件，分別安裝在船體艉部的兩側(cè)。采用一臺額定輸出為80A/16V的恒電位儀做電源，其正極與輔助陽極相連，負(fù)極接到船體上，采用銀/氯化銀做參比電極測量船體的保護(hù)電位。結(jié)果表明，每只輔助陽極的輸出電流為20A時(shí)，船體的保護(hù)電位已達(dá)到-0.8V，表明船體已處于良好保護(hù)狀態(tài)。輔助陽極組件工作性能穩(wěn)定，能夠滿足船體(含螺旋槳等附體)防腐保護(hù)的要求。
權(quán)利要求
1.一種船舶陰極保護(hù)用金屬氧化物陽極組件，由陽極體、導(dǎo)電桿、陽極托架、固定邊框、密封圈、密封填料、接線盒和陽極電纜結(jié)合而成，其特征在于陽極體的工作面為圓盤狀鈦基體，其厚度為1.5-15mm，含鈦純度為99％-100％，其表面復(fù)合有導(dǎo)電的陶瓷混合金屬氧化物；陽極體背面焊接有導(dǎo)電桿；陽極體置于復(fù)合材料熱壓成型的陽極托架上，用固定邊框壓緊并用螺栓固定后固定于船體上預(yù)制的凹槽內(nèi)，螺栓端頭用密封膩?zhàn)臃舛?，固定邊框采用極耐蝕的聚合物材料如聚四氟乙烯等制成；陽極組件直徑小于船體肋骨檔之間的距離，其工作表面積的大小根據(jù)所要求的排流量大小進(jìn)行剪裁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶陰極保護(hù)用金屬氧化物陽極組件，其特征在于鈦基體即鈦質(zhì)陽極體工作表面覆有導(dǎo)電的陶瓷混合金屬氧化物，由氧化釕、氧化銥、氧化鈀鉑族金屬氧化物中的一種或多種和氧化鈦、氧化錫、氧化鉭非貴金屬氧化物中的一種或多種混合構(gòu)成，貴金屬氧化物的含量為30％-100％(摩爾比)；鈦基體背面焊接有的起導(dǎo)電作用的導(dǎo)電桿將陽極電纜和陽極體電性連接，導(dǎo)電桿采用實(shí)心鈦棒或銅芯復(fù)合鈦棒結(jié)構(gòu)成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶陰極保護(hù)用金屬氧化物陽極組件，其特征在于具有絕緣功能的陽極托架用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，改性環(huán)氧樹脂為基本材料，以短切玻璃纖維為增強(qiáng)材料，滑石粉為填料，加入硅烷偶聯(lián)劑和高溫固化劑經(jīng)熱壓工藝成型；帶有導(dǎo)電桿的陽極體嵌入模壓成型的陽極托架中，用環(huán)氧樹脂涂封料進(jìn)行封裝固定，絕緣陽極托架防止導(dǎo)電桿與船體上的密封罩短路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶陰極保護(hù)用金屬氧化物陽極組件，其特征在于陽極體的工作表面邊緣處鑲嵌有聚四氟乙烯成分的固定邊框；陽極體穿入船體并用O型密封圈和密封填料雙重密封，陽極電纜經(jīng)密封填料焊接到導(dǎo)電桿上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船舶陰極保護(hù)用金屬氧化物陽極組件，該陽極組件由陽極體、導(dǎo)電桿、絕緣托架和固定邊框組成，陽極體以鈦為基體，呈圓盤形狀，工作表面被覆陶瓷混合金屬氧化物導(dǎo)電涂層，背面焊接有實(shí)心鈦棒或銅芯復(fù)合鈦棒的導(dǎo)電桿，陽極托架用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料經(jīng)熱模壓成型，陽極體用固定邊框壓緊并用螺栓固定，固定邊框采用極耐蝕的聚合物材料制成。該船用輔助陽極組件適于安裝在曲率半徑較小的船體部位，具有良好的電化學(xué)性能，不易損傷、可長期可靠地工作；還具有使用壽命長、穩(wěn)定性好和便于安裝等特點(diǎn)；適用于防止船殼、舵板以及螺旋槳推進(jìn)器的海水腐蝕；也可用于防止浮船塢、躉船、水工閘門等金屬結(jié)構(gòu)物的腐蝕。
文檔編號C23F13/00GK1844454SQ20061004372
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者許立坤, 王廷勇, 魏瓊 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所