一种自驱动金属腐蚀防护方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属腐蚀防护领域，特别涉及将环境中存在的各种能源转变为电能的自驱动金属腐蚀防护方法和系统。
【背景技术】
[0002]金属材料腐蚀问题遍及国民经济的各个领域，同时其危害也遍及所有的行业，包括冶金，化工，能源，交通，机械，航空航天，基础设施等。因此，研究金属材料的腐蚀与防护，特别是防腐新技术对我国国民经济的发展具有十分重要的意义。根据金属材料的腐蚀机理，可知金属材料的腐蚀损伤离不开金属材料和环境(气，液，固等介质)以及它们之间的界面反应，因此为了提高材料的耐蚀性可从形成保护层，改善腐蚀环境与电化学保护等三个方面入手。其中电化学保护法也称阴极保护法，即通过向金属注入电子，使金属成为腐蚀电极中的阴极，阻止或者减轻金属发生自腐蚀。目前，阴极保护主要包括牺牲阳极阴极保护和强制电流阴极保护。牺牲阳极法虽然一次性投入的费用低，且保护的过程中不会产生过保护，但是保护范围较小，且比较容易受到外界环境的干扰，并且需要定时更换阳极材料。强制电流阴极保护法虽然能够在较大范围内对金属进行保护，但是离不开外界电源的供电，成本较高。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本发明涉及的自驱动金属腐蚀防护方法，将环境中普遍存在的机械能或者太阳能转变为电能，对金属进行阴极保护，所产生的电能为阴极金属保护系统注入电流，可以解决传统阴极保护无法离开外电源或者需要更换牺牲阳极的问题。
[0005]( 二)技术方案
[0006]本发明将环境中普遍存在的各种形式的机械能，如风能、潮汐、海浪等，转化为电能，或者将太阳能转化为电能，通过将交流电信号进行转化为直流电信号之后与需要进行保护的金属相连，将电子注入到金属例如钢材中，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，从而使被保护金属的极化电位低于周围环境，致使氧化反应过电位减小，反应速度减小，最终使得腐蚀速度减小。
[0007]本发明提供一种自驱动金属腐蚀防护方法，包括步骤:
[0008]提供发电部件，所述发电部件在机械能和/或太阳能作用下产生电信号；
[0009]若所述电信号为交流电信号，将所述电信号转变为直流电信号；
[0010]将所述电信号施加在置于腐蚀介质中的金属和对电极上，其中，所述金属的电位低于所述对电极的电位。
[0011]优选的，将所述发电部件产生的电信号通过整流元件转变为直流电信号；
[0012]或者，将所述发电部件产生的电信号存储在储能元件中，通过所述储能元件输出直流电信号。
[0013]优选的，将所述金属和对电极置于同一腐蚀介质中。
[0014]优选的，将所述金属和对电极置于两个独立的腐蚀介质中，所述两个独立的腐蚀介质之间通过盐桥进行连接。
[0015]优选的，所述两个独立的腐蚀介质成分相同或者不相同。
[0016]优选的，还包括增大所述金属和对电极间电阻的步骤，具体为:
[0017]将所述金属和对电极置于两个独立的腐蚀介质中，所述两个独立的腐蚀介质成分相同，所述两个独立的腐蚀介质之间通过充满腐蚀介质的毛细管进行连接。
[0018]优选的，所述毛细管的长度范围为0.5米-2米；所述毛细管的直径范围为0.3毫米-1毫米。
[0019]优选的，还包括步骤:测量所述金属的阴极极化电位，所述阴极极化电位为所述金属与参比电极之间的电位，其中，所述参比电极与所述对电极置于同一腐蚀介质中。
[0020]优选的，如果采用饱和甘汞电极作为参比电极，所述阴极极化电位范围为_120mV到-5.32V ;如果采用其它参比电极，根据两种参比电极对应的参比电位差值确定所述阴极极化电位范围。
[0021]优选的，所述发电部件包括摩擦发电机、压电式发电机和/或太阳能电池，其中:
[0022]所述摩擦发电机，包括两种不同摩擦电序的摩擦材料，其相互接触摩擦时表面带有等量异号电荷，在所述机械能的作用下两个所述摩擦材料互相滑动错位使接触面积发生变化，或者互相接触分离，使与两种所述摩擦材料分别接触设置的电极之间产生电势差；两个所述摩擦材料在所述机械能作用下发生往复摩擦运动或者接触分离运动时，在两个电极之间形成交流电信号；
[0023]或者，所述摩擦发电机，包括两种不同摩擦电序的摩擦材料，其相互接触摩擦时表面带有等量异号电荷，在所述机械能的作用下两个所述摩擦材料互相滑动错位使接触面积发生变化，或者互相接触分离，使与所述摩擦材料接触设置的电极与等电位之间产生电势差；两个所述摩擦材料在外力作用下发生往复摩擦运动或者接触分离运动时，在所述电极和等电位之间形成交流电信号；
[0024]所述压电式发电机，包括从上至下层叠紧密接触的顶电极、介质层、压电材料层和底电极，其中，所述压电材料层采用的压电材料为具有压电性质的材料。
[0025]优选的，所述摩擦发电机的输出电量值不小于0.4mC/min。
[0026]优选的，所述阴极极化电位范围为_500mV至_1.2V。
[0027]相应的，本发明还提供一种自驱动金属腐蚀防护系统，包括:发电部件、与所述发电部件连接的电流转换单元和对电极，其中，
[0028]所述电流转换单元的输出端正极连接所述对电极，负极连接需要防护的金属；其中，所述发电部件用于吸收机械能或者太阳能产生电信号；所述电流转换单元用于将所发电部件产生的交流电信号转变为直流电信号；对电极置于腐蚀介质中，用于与需要防护的金属形成回路。
[0029]优选的，所述电流转换单元为整流元件或者储能元件。
[0030]优选的，所述发电部件包括摩擦发电机、压电式发电机和/或太阳能电池，其中:
[0031]所述摩擦发电机，包括两种不同摩擦电序的摩擦材料，其相互接触摩擦时表面带有等量异号电荷，在所述机械能的作用下两个所述摩擦材料互相滑动错位使接触面积发生变化，或者互相接触分离，使与两种所述摩擦材料分别接触设置的电极之间产生电势差；两个所述摩擦材料在所述机械能作用下发生往复摩擦运动或者接触分离运动时，在两个电极之间形成交流电信号；
[0032]或者，所述摩擦发电机，包括两种不同摩擦电序的摩擦材料，其相互接触摩擦时表面带有等量异号电荷，在所述机械能的作用下两个所述摩擦材料互相滑动错位使接触面积发生变化，或者互相接触分离，使与所述摩擦材料接触设置的电极与等电位之间产生电势差；两个所述摩擦材料在外力作用下发生往复摩擦运动或者接触分离运动时，在所述电极和等电位之间形成交流电信号；
[0033]所述压电式发电机，包括从上至下层叠紧密接触的顶电极、介质层、压电材料层和底电极，其中，所述压电材料层采用的压电材料为具有压电性质的材料。
[0034]优选的，所述摩擦发电机为转动式摩擦发电机，包括两个相互转动的部件，两个部件均为相同的周期扇区的转盘结构，每个部件均为摩擦材料层与电极材料层层叠形成，两个部件围绕转动中心互相转动时，两种摩擦材料能够在完全重合与完全分离之间变化，在与两个摩擦材料相互接触设置的电极上有交流电信号输出。
[0035]优选的，所述对电极与需要保护的金属置于同一腐蚀介质中。
[0036]优选的，所述金属和对电极置于两个独立的腐蚀介质中，所述两个独立的腐蚀介质之间通过盐桥进行连接。
[0037]优选的，所述两个独立的腐蚀介质成分相同或者不相同。
[0038]优选的，所述金属和对电极置于两个独立的腐蚀介质中，所述两个独立的腐蚀介质成分相同，还包括电阻调整单元，所述电阻调整单元为将两个独立的腐蚀介质连通的结构。
[0039]优选的，所述电阻调整单元为充满所述腐蚀介质的毛细管。
[0040]优选的，所述毛细管的长度范围为0.5-2米；所述毛细管的直径范围为0.3-1毫米。
[0041]优选的，还包括参比电极，所述参比电极与所述对电极置于同一腐蚀介质中；所述参比电极用于测量参比电极与需要防护金属之间的电位。
[0042](三)有益效果
[0043]本发明提出的自驱动金属腐蚀防护方法和系统具有下列优点:
[0044]1、能够利用环境中普遍存在的风能、海浪、人类活动、轮胎转动等机械能，以及太阳能，产生电能，为金属提供阴极保护的电源。克服传统阴极保护需要外电源或者牺牲阳极的缺点，在能源重复利用的同时进行有效的阴极保护，特别适用于海洋，孤岛，偏远地区等无法通过外电源供电的地区。
[0045]2、本发明中采用的摩擦发电机、压电式发电机，各部分的材料可选范围宽，制备工艺简单，整个器件的制造工艺不需要昂贵的原材料和先进的制造设备，可以克服传统阴极保护技术成本较高的问题，有利于大规模工业生产和实际应用。
【附图说明】
[0046]通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0047]图1为基于摩擦发电机的金属腐蚀防护方法的流程示意图；
[0048]图2为滑动式摩擦发动机的结构示意图；
[0049]图3为单电极式摩擦发电机的结构示意图；
[0050]图4为压电式发电机的结构示意图；
[0051]图5为滑动式摩擦发电机的摩擦材料为周期扇区的结构示意图；
[0052]图6为基于摩擦发电机的金属腐蚀防护系统一个实施例的意图；
[0053]图7为摩擦发电机的转速lOOrpm条件下403不