铜合金偶合加速腐蚀行为及防污性性能能研研究究

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目前船舶海水管路制作材料主要采用铜合金或不锈钢材料,为了提高海水管路的耐蚀性,减轻重量,钛质合金管路取代目前最常用的铜管路、不锈钢管路是今后海水管路重点研究方向。与铜合金管路相比,钛质管路具有更低的密度和更加良好的耐蚀性能。但不利之处在于,钛合金具有较好的生物相容性,在海水环境中表面极易附着海生物,如不加以控制,管路内部将会出现比较严重的海生物污损问题。管路污损后,会缩小管道的有效直径,减少海水流量,降低换热效率,使机器不能正常运行,堵塞严重时,甚至会被迫停机、停航,增加了维修工作量和费用,造成巨大的经济损失。因此,迫切需要针对钛质管路开展防污技术研究。  本文针对钛合金管路易产生严重污损的问题,研制了一种新型自偶合防污装置。以铜合金为主要材料,利用电偶腐蚀原理,加速铜离子的溶出,使其在管路中保持一定的浓度,利用铜离子的防污作用杀灭管路中的海生物,从而达到防止生物污损的效果。首先通过计算,根据铜离子的防污浓度,确定了管路中铜离子的溶出速率为56.16 g/(m2﹒d);对当前所用的铜材料进行筛选,研究海水中不同材料的铜离子释放速率。结果表明:与其他材料相比,紫铜在静态海水中具有最大的铜离子溶出速率,即0.827g/(m2﹒d),锡青铜在冲刷条件下具有最大的铜离子溶出速率,即19.74g/(m2.d)。将铜粉与其他材料制备成复合材料,研究不同复合材料释放速率。结果表明,Cu-20%Cu2O比例材料的铜离子溶出速率最大,达到62.18g/(m2.d),可以满足管路中防污要求。利用电偶腐蚀原理,将紫铜与其他电位较正的材料进行偶接,研究偶接后铜离子的溶出速率。结果表明,贵金属氧化物对紫铜有最大的加速溶出效果;通过增加贵金属氧化物与紫铜的面积比,最终确定当两者的面积比为4:1时,铜离子的释放速率可满足管路防污要求,即58.89g/(m2﹒d)。根据前述结果,制备了防污样品,并将其安装到钛合金管路中,在海洋环境中进行现场实验。结果表明,在实验周期内,管路中铜离子浓度超过4ppb;安装了防污材料的钛合金管路中未有污损发生,采用GB/T5370-2007评分为100;而对比组发生了严重污损。这表明研制的防污材料具有良好的防污效果。
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