铜合金偶合加速腐蚀行为及防污性能研究
本文关键词：铜合金偶合加速腐蚀行为及防污性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：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/(m2d);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0.827 g/(m2d),锡青铜在冲刷条件下具有最大的铜离子溶出速率,即19.74 g/(m2d)。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62.18 g/(m2d),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58.89 g/(m2d)。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4 ppb;安装了防污材料的钛合金管路中未有污损发生,采用GB/T 5370-2007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。本文通过铜合金筛选、铜离子溶出速率加速以及现场环境防污效果验证实验三个步骤进行实施,制备得到的防污材料具有良好的防污效果,避免了由于外加防污装置造成的不便,对海水管路的防污工作有着良好的作用,具有广阔的应用前景。
【关键词】：铜合金 生物污损 电偶腐蚀 海水管路
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-9
- 第一章 绪论9-21
- 1.1 研究背景9-10
- 1.2 海洋生物污损10-14
- 1.2.1 海洋生物污损现状10
- 1.2.2 海洋生物污损危害10-12
- 1.2.3 海水管路系统防污方法12-14
- 1.3 铜合金及其防污机理14-15
- 1.3.1 铜及铜合金防污机理14-15
- 1.3.2 铜及铜合金防污应用15
- 1.4 海洋环境中的电偶腐蚀15-20
- 1.4.1 电偶腐蚀定义16
- 1.4.2 影响电偶腐蚀的因素16-20
- 1.5 选题意义及本文研究内容20-21
- 1.5.1 本课题研究意义20
- 1.5.2 本文的研究内容20-21
- 第二章 实验方法21-26
- 2.1 实验试剂和仪器21-22
- 2.2 实验材料及制备方法22-23
- 2.2.1 实验材料成分22
- 2.2.2 实验材料制备方法22-23
- 2.3 实验方法23-26
- 2.3.1 电化学实验23-24
- 2.3.2 冲刷腐蚀实验24
- 2.3.3 电偶腐蚀实验24-25
- 2.3.4 铜合金腐蚀形貌观察25
- 2.3.5 铜合金XRD分析25
- 2.3.6 铜离子浓度测量25-26
- 第三章 不同铜合金在海水中铜离子溶出速率研究26-45
- 3.1 引言26
- 3.2 动电位极化实验26-28
- 3.3 开路电位实验及结果分析28-30
- 3.4 铜合金全浸腐蚀形貌30-34
- 3.5 全浸失重实验34
- 3.6 铜合金冲刷腐蚀实验34-44
- 3.6.1 冲刷腐蚀失重34-36
- 3.6.2 铜合金冲刷实验XRD结果36-39
- 3.6.3 铜合金冲刷腐蚀形貌39-44
- 3.7 本章小结44-45
- 第四章 铜离子加速溶出技术研究45-55
- 4.1 引言45
- 4.2 铜碳合金加速实验45-48
- 4.2.1 铜碳合金动电位极化实验45-47
- 4.2.2 铜碳合金冲刷失重实验47-48
- 4.3 添加化合物加速实验48-49
- 4.4 铜合金偶合实验结果49-53
- 4.4.1 电偶对偶合加速实验49-53
- 4.5 本章小结53-55
- 第五章 现场防污效果验证55-60
- 5.1 引言55
- 5.2 现场防污实验结果55-59
- 5.2.1 铜离子浓度测定55-56
- 5.2.2 防污效果对比56-59
- 5.3 本章小结59-60
- 第六章 结论60-62
- 6.1 研究主要结论60
- 6.2 展望60-62
- 参考文献62-66
- 致谢66-67
- 攻读硕士期间已发表论文67-68
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