金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件及其制备方法与流程

本发明涉及海洋工程装备领域，尤其涉及一种金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件及其制备方法。

背景技术：

海上浮体可以在海上营造出与陆地工作环境相似的水上人工岛，扩展人类在海上的生存、活动和工作空间。超大型的海上浮体是开发和利用海洋资源的基础型装备，能够满足有效利用海洋空间及建立海域军事基地等需要。

然而中国大部分的海域情况恶劣，特别是南海，温度偏高，金属件腐蚀情况严重，尤其是靠近水线的部分金属件。为了增加金属件的防腐性能，通过是用纤维复合材料在金属件的表面形成防腐层，然而纤维复合材料与金属件的相容性能和结合性能较差，尤其针对条状、管状等结构，由于其热应力不同，纤维复合材料更容易与金属材料分层导致脱落，影响金属件使用寿命，后续维修频繁，需要大量的人力物力解决。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种具有较长的使用寿命的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件。

此外，还提供一种金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备方法。

一种金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件，包括：

金属管本体；

多个金属凸起，间隔排布于所述金属管本体的外表面上；

过渡层，由混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在所述金属管本体上形成，其中，每个所述金属凸起收容于所述过渡层内；

纤维复合材料层，层叠于所述过渡层上。

在其中一个实施例中，所述金属管本体上开设有多个环绕所述金属管本体且间隔设置的环形凹槽，部分所述纤维丝收容于多个所述环形凹槽内，以使所述过渡层部分收容于多个所述环形凹槽内。

在其中一个实施例中，在所述金属管本体的轴向上，所述环形凹槽的宽度是所述纤维丝的直径的20倍以上。

在其中一个实施例中，所述纤维丝为玻璃纤维丝。

在其中一个实施例中，还包括位于所述纤维复合材料层和所述过渡层之间的聚合物防水层。

在其中一个实施例中，所述聚合物防水层的材料为环氧树脂。

在其中一个实施例中，所述金属凸起为圆锥体型，所述金属凸起的大头端与所述金属管本体固定连接。

在其中一个实施例中，所述纤维复合材料层包括层叠于所述过渡层上的碳纤维层以及依次层叠于所述碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层。

一种金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备方法，包括如下步骤：

提供金属管本体，所述金属管本体的外表面上固定连接有多个金属凸起，多个所述金属凸起间隔排布于所述金属管本体的外表面上；

将混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在所述金属管本体上，并使每个所述金属凸起远离所述金属管本体的一端与缠绕在所述金属管本体上的纤维丝平齐，或者使缠绕在所述金属管本体上的纤维丝遮蔽每个所述金属凸起，以形成过渡层，且每个所述金属凸起收容于所述过渡层内；

在所述过渡层上形成所述纤维复合材料层，得到所述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件。

在其中一个实施例中，在所述过渡层上形成所述纤维复合材料层的步骤为：在所述聚合物防水层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入聚合物树脂，以使所述聚合物树脂渗透到所述碳纤维、所述玻璃纤维和所述芳纶纤维内，固化后形成层叠于所述聚合物防水层上的碳纤维层以及依次层叠于所述碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到所述纤维复合材料层。

上述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件通过在金属管本体上设置多个间隔排布于金属管本体的外表面上的金属凸起，再在金属管本体的外表面上层叠过渡层，且过渡层为由混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体上形成，而在金属凸起的阻挡作用下，能够有效地阻止过渡层在金属管本体的轴向上滑动，并使过渡层与金属管本体牢固的结合在一起，防止过渡层脱落，从而提高了本身为复合材料的过渡层与金属管本体之间的粘结性能，同时，过渡层为由混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体上形成的结构，即过渡层与纤维复合材料层之间为复合材料与复合材料之间的粘结，粘结性能和相容性较好，使得上述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件具有较长的使用寿命，有利于降低后期的维护成本，而每个金属凸起收容于过渡层内，即每个金属凸起远离金属管本体的一端与过渡层的外表面平齐，或者每个金属凸起远离金属管本体的一端低于过渡层的外表面，使得过渡层具有光整的外表面，不会影响纤维复合材料层的结构，即不会影响纤维复合材料层的防水性能，以保证金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的防水性能。

附图说明

图1为一实施方式的移动浮岛的结构示意图；

图2为图1所示的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的轴向剖面图；

图3为图2所示的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的I部的放大图；

图4为图2所示的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的一半金属管本体在环形凹槽处的径向剖面图；

图5为图3所示的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的纤维复合材料层的轴向剖面图；

图6为一实施方式的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一实施方式的移动浮岛10包括金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100，该金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100特别适用于靠近水线AB的结构，例如，位于水线AB处的浮筒、连接浮筒和船体的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件、以及连接浮筒和浮筒的连接管等，图1中的有填充线的部位均可采用上述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100。且上述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100特别适用于条状、管状等结构的金属件的修饰。

请一并参阅图2和图3，金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100包括金属管本体110、金属凸起120、过渡层130、聚合物防水层140和纤维复合材料层150。

在本实施例中，金属管本体110为钢管，可以理解，金属管本体110的材料也可以为其它耐腐蚀的金属合金，例如铁、铜、镍、钛、铝、镁等各种金属的合金。

请一并参阅图4，金属凸起120为多个，多个金属凸起120间隔排布于金属管本体110的外表面上。具体的，金属凸起120为钢凸起，可以理解，金属凸起120的材料也可以为其它耐腐蚀的金属合金，例如铁、铜、镍、钛、铝、镁等各种金属的合金。

具体在图示的实施例中，金属凸起120为圆锥体型，金属凸起120的大头端与金属管本体110固定连接。

可以理解，金属凸起120的结构也不限于为上述结构，在其它实施例中，金属凸起120还可以为圆台型、圆柱体、截面为多边形的柱体等等。

过渡层130由混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体110上形成，其中，每个金属凸起120收容于过渡层130内。即每个金属凸起120远离金属管本体110的一端与过渡层130的外表面平齐，或者每个金属凸起120远离金属管本体110的一端低于过渡层130的外表面，即使金属凸起120不会凸出过渡层130远离金属管本体110的一面。

进一步的，金属管本体110上开设有多个环绕金属管本体110且间隔设置的环形凹槽112，过渡层130部分收容于多个环形凹槽112内。设置环形凹槽112，并使过渡层130部分收容于环形凹槽112中，能够进一步地阻止过渡层130在金属管本体110的轴向上滑动，防止过渡层130脱落，以提高了本身为复合材料的过渡层130与金属管本体110之间的粘结性能。

为了实现过渡层130部分收容于多个环形凹槽112内，纤维丝的直径要小于环形凹槽112在金属管本体110的轴向上的宽度。具体在本实施例中，在金属管本体110的轴向上，环形凹槽112的宽度是纤维丝的直径的20倍以上。具体的，在金属管本体110的轴向上，环形凹槽112的宽度3～4毫米。

具体在本实施例中，过渡层130的最薄处的厚度为1.5～2毫米；金属凸起120的高度为1～1.5毫米。可以理解，过渡层130的厚度和金属凸起120的高度不限于为上述数值，过渡层130的厚度和金属凸起120的高度可根据具体需要进行设计。

其中，聚合物树脂起到粘结剂的作用，在本实施例中，聚合物树脂为环氧树脂。可以理解，聚合物树脂不限于为环氧树脂，还可以使用乙烯基树脂和不饱和树脂等等。

其中，纤维丝为玻璃纤维丝。可以理解，纤维丝还可以为碳纤维丝、芳纶纤维丝等，由于玻璃纤维丝价格适中，性能适中，比较适合作为过渡层130使用，因此，在本实施例中，选用玻璃纤维丝作为过渡层130使用的纤维丝。

聚合物防水层140起到防水的作用，聚合物防水层140层叠于过渡层130上。

其中，聚合物防水层140的材料为环氧树脂。可以理解，聚合物防水层140的材料不限于为环氧树脂，还可以使用乙烯基树脂和不饱和树脂等等。由于环氧树脂具有较好的亲和力，且防水性能较好，且粘结性能也较好，特别适合作为防水层的材料。其中，聚合物防水层140的材料可以与过渡层130的聚合物树脂相同，也可以不同。

具体在本实施例中，聚合物防水层140的厚度为0.5～1毫米。可以理解，聚合物防水层140的厚度不限于为上述厚度，聚合物防水层140的具体厚度可根据需要进行调整。

请一并参阅图5，纤维复合材料层150层叠于聚合物防水层140上。具体的，纤维复合材料层150包括层叠于聚合物防水层140上的碳纤维层152以及依次层叠于碳纤维层152上的玻璃纤维层154和芳纶纤维层156。可以理解，在其它实施例中，碳纤维层152、玻璃纤维层154和芳纶纤维层156也可以不按照上述顺序层叠，比如，可以将玻璃纤维层154与碳纤维层152的位置替换等等；且纤维复合材料层150的结构也不限于为上述三个纤维层层叠组成的结构，纤维复合材料层150的纤维层的层数以及每层的纤维种类可以根据具体需要进行调整。

具体的，碳纤维层152的材料包括碳纤维和粘结剂；玻璃纤维层154的材料包括玻璃纤维和粘结剂；芳纶纤维层156的材料包括芳纶纤维和粘结剂。在本实施例中，碳纤维层152、玻璃纤维层154和芳纶纤维层156使用的粘结剂均为乙烯基树脂。可以理解，碳纤维层152、玻璃纤维层154和芳纶纤维层156使用的粘结剂也不限于为乙烯基树脂，例如还可以为环氧树脂等；然而乙烯基树脂相比于其他树脂，成本适中，并且不需要后固化，工艺简单，较为适合真空成型形成纤维复合材料层150，因此，本实施例选择乙烯基树脂作为粘结剂。

在本实施例中，纤维复合材料层150的厚度为5～6毫米，其中，碳纤维层152、玻璃纤维层154和芳纶纤维层156的厚度比为1:3:1～1:4:1。

可以理解，聚合物防水层140也可以省略，此时，纤维复合材料层150的碳纤维层152直接层叠在过渡层130。

上述移动浮岛10的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100至少有以下优点：

上述移动浮岛10的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100通过在金属管本体110上设置多个间隔排布于金属管本体110的外表面上的金属凸起120，再在金属管本体110的外表面上层叠过渡层130，且过渡层130为由混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体110上形成的结构，而在金属凸起120的阻挡作用下，能够有效地阻止过渡层130在金属管本体110的轴向上滑动，并使过渡层130与金属管本体110牢固的结合在一起，防止过渡层130脱落，从而提高了本身为复合材料的过渡层130与金属管本体110之间的粘结性能，同时，过渡层130为由混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体110上形成的结构，即过渡层130与纤维复合材料层150之间为复合材料与复合材料之间的粘结，粘结性能和相容性较好，使得上述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100具有较长的使用寿命，有利于降低后期的维护成本，而每个金属凸起120收容于过渡层130内，即每个金属凸起120远离金属管本体110的一端与过渡层130的外表面平齐，或者每个金属凸起120远离金属管本体110的一端低于过渡层130的外表面，使得过渡层130具有光整的外表面，不会影响过度层130和纤维复合材料层150的结构，即不会影响过度层130和纤维复合材料层150的防水性能，以保证金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100的防水性能。

由于纤维复合材料较脆，而通过设置聚合物防水层140能够在表面的复合材料层150发生破坏的情况下，内部的金属结构不受水的腐蚀，从而加强金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100的防水性能。且聚合物防水层140的材质为聚合物，能够很好地与材料为复合材料的过渡层130、以及纤维复合材料层150粘结在一起。

且上述移动浮岛10的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100，结构由一定厚度的复合材料构成，不仅利用了复合材料的防腐性能，同时利用了复合材料的比强度与比刚度，提高了金属管的结构强度。

可以理解，金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件100不限于应用在移动浮岛10中，还可以应用在其它需要耐腐蚀的结构或装置中。

如图5所示，一实施方式的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备方法，可用于制备上述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件，该金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备方法包括如下步骤：

步骤S210：提供金属管本体，金属管本体的外表面上固定连接有多个金属凸起，且多个金属凸起间隔排布于金属管本体的外表面上。

其中，金属管本体为钢管，可以理解，金属管本体的材料也可以为其它耐腐蚀的金属合金，例如铁、铜、镍、钛、铝、镁等各种金属的合金。

其中，金属凸起为钢凸起，可以理解，金属凸起的材料也可以为其它耐腐蚀的金属合金，例如铁、铜、镍、钛、铝、镁等各种金属的合金。

其中，金属凸起为圆锥体型，金属凸起的大头端与金属管本体固定连接。可以理解，金属凸起的结构也不限于为上述结构，在其它实施例中，金属凸起还可以为圆台型、等径的圆柱体、截面为多边形的柱体等等。

具体的，在金属管本体的外表面固定连接有多个金属凸起的方法具体可以为：在金属管本体的外表面焊接金属凸起；或者，金属管本体与金属凸起为一体成型结构。

进一步的，在金属管本体的外表面固定连接有多个金属凸起的步骤之前，还包括在金属管本体上开设有多个环绕金属管本体且间隔设置的环形凹槽。

步骤S220：将混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体上，并使每个金属凸起远离金属管本体的一端与缠绕在金属管本体上的纤维丝平齐，或者使缠绕在金属管本体上的纤维丝遮蔽每个金属凸起，以形成过渡层，并使每个金属凸起收容于过渡层内。

具体的，当金属管本体上开设有环形凹槽时，将混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体上时，将部分纤维丝收容于环形凹槽内，使过渡层部分收容于多个环形凹槽内。

其中，在金属管本体的轴向上，环形凹槽的宽度是纤维丝的直径的20倍以上。

其中，过渡层的最薄处的厚度为1.5～2毫米；金属凸起的高度为1～1.5毫米。可以理解，过渡层的厚度和金属凸起的高度不限于为上述数值，过渡层的厚度和金属凸起的高度可根据具体需要进行设计。

其中，步骤S220中的聚合物树脂起到粘结剂的作用，在本实施例中，聚合物树脂为环氧树脂。可以理解，聚合物树脂不限于为环氧树脂，还可以使用乙烯基树脂等。

其中，纤维丝为玻璃纤维丝。可以理解，纤维丝还可以为碳纤维丝、芳纶纤维丝等。

具体的，将混合有聚合物树脂的纤维丝环向缠绕在金属管本体上的方法为湿法纺织；使用的装置为三维纺织机。

步骤S230：在过渡层上形成纤维复合材料层，得到金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件。

具体的，在过渡层上形成纤维复合材料层的步骤为：在过渡层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入聚合物树脂，以使聚合物树脂渗透到碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维内，固化后形成层叠于聚合物防水层上的碳纤维层以及依次层叠于碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到纤维复合材料层。其中，聚合物树脂为乙烯基树脂，可以理解，聚合物树脂不限于为乙烯基树脂，例如还可以为环氧树脂等。

进一步的，纤维复合材料层的厚度为5～6毫米，其中，碳纤维层、玻璃纤维层和芳纶纤维层的厚度比为1:3:1～1:4:1。

具体的，在过渡层上形成纤维复合材料层的步骤之前，还包括在过渡层上形成聚合物防水层，此时，在聚合物防水层上形成纤维复合材料层。

其中，聚合物防水层的材料为环氧树脂。可以理解，聚合物防水层的材料不限于为环氧树脂，还可以使用乙烯基树脂等。

具体在本实施例中，聚合物防水层的厚度为0.5～1毫米。可以理解，聚合物防水层的厚度不限于为上述厚度，聚合物防水层的具体厚度可根据需要进行调整。

具体的，在过渡层上形成聚合物防水层的方法可以为直接在过渡层上手糊聚合物树脂，固化后形成聚合物防水层。

上述金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备方法操作简单，适于工业化生产。且上述制备方法得到的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件不仅具有较好的结构强度，且使用寿命更长。

以下为具体实施例部分：

实施例1

本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备过程如下：

(1)在钢管的外表面上用车床加工出多个环绕金属管本体且间隔设置的环形凹槽；然后在钢管的外表面再焊接多个圆锥体型的钢凸起，使钢凸起的大头端与钢管连接，并使多个金属凸起间隔排布于金属管本体的外表面上。其中，每个环形凹槽的宽度为3毫米，钢凸起的高度为1毫米。

(2)使用三维纺织机将混合有环氧树脂的玻璃纤维丝采用湿法纺织的方法环向缠绕在金属管本体上，并使部分玻璃纤维丝收容于环形凹槽内，且使纺织在金属管本体上的纤维丝遮蔽每个金属凸起，得到过渡层，且每个金属凸起收容于过渡层内。其中，过渡层的最薄处的厚度1.5毫米。

(3)在过渡层上手糊一层环氧树脂层，固化后形成厚度为0.5毫米的聚合物防水层。

(4)在聚合物防水层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入乙烯基树脂，以使乙烯基树脂渗透到碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，成型后形成层叠于聚合物防水层上的碳纤维层以及依次层叠于碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到纤维复合材料层。其中，碳纤维层的厚度为1毫米，玻璃纤维层的厚度为4毫米，芳纶纤维层的厚度为1毫米。

根据GBT 1455-2005夹层结构或芯子剪切性能试验方法测试本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能；根据GBT 1456-2005夹层结构弯曲性能试验方法测试本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的结构弯曲强度；将本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件在25℃下在南海海水的腐蚀环境下放置腐蚀1个月，再根据GBT1455-2005夹层结构或芯子剪切性能试验方法测试腐蚀后的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的弯曲强度，通过与前面测试的腐蚀前的弯曲强度做对比，得到金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件腐蚀后的弯曲强度的下降程度，以确定金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的防腐性能，其中，本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能和金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件在腐蚀前后的弯曲强度见表1。

实施例2

本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备过程如下：

(1)在钢管的外表面上用车床加工出多个环绕金属管本体且间隔设置的环形凹槽；然后在钢管的外表面再焊接多个圆锥体型的钢凸起，使钢凸起的大头端与钢管连接，并使多个金属凸起间隔排布于金属管本体的外表面上。其中，每个环形凹槽的宽度为4毫米，钢凸起的高度为1.5毫米。

(2)使用三维纺织机将混合有环氧树脂的玻璃纤维丝采用湿法纺织的方法环向缠绕在金属管本体上，并使部分玻璃纤维丝收容于环形凹槽内，并使纺织在金属管本体上的纤维丝与每个金属凸起远离金属管本体的一端平齐，得到过渡层，且每个金属凸起收容于过渡层内。其中，过渡层的最薄处的厚度1.5毫米。

(3)在过渡层上手糊一层环氧树脂层，固化后形成厚度为1毫米的聚合物防水层。

(4)在聚合物防水层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入乙烯基树脂，以使乙烯基树脂渗透到碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，成型后形成层叠于聚合物防水层上的碳纤维层以及依次层叠于碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到纤维复合材料层。其中，碳纤维层的厚度为0.9毫米，玻璃纤维层的厚度为3.6毫米，芳纶纤维层的厚度为0.9毫米。

采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能和金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件在腐蚀前后的弯曲强度见表1。

实施例3

本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备过程如下：

(1)在钢管的外表面上用车床加工出多个环绕金属管本体且间隔设置的环形凹槽；然后在钢管的外表面再焊接多个圆锥体型的钢凸起，使钢凸起的大头端与钢管连接，并使多个金属凸起间隔排布于金属管本体的外表面上。其中，每个环形凹槽的宽度为3.5毫米，钢凸起的高度为1毫米。

(2)使用三维纺织机将混合有环氧树脂的玻璃纤维丝采用湿法纺织的方法环向缠绕在金属管本体上，并使部分玻璃纤维丝收容于环形凹槽内，且使纺织在金属管本体上的纤维丝遮蔽每个金属凸起，得到过渡层，且每个金属凸起收容于过渡层内。其中，过渡层的最薄处的厚度为2毫米。

(3)在过渡层上手糊一层环氧树脂层，固化后形成厚度为0.8毫米的聚合物防水层。

(4)在聚合物防水层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入乙烯基树脂，以使乙烯基树脂渗透到碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，成型后形成层叠于聚合物防水层上的碳纤维层以及依次层叠于碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到纤维复合材料层。其中，碳纤维层的厚度为1毫米，玻璃纤维层的厚度为3毫米，芳纶纤维层的厚度为1毫米。

采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能和金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件在腐蚀前后的弯曲强度见表1。

实施例4

本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备过程如下：

(1)在钢管的外表面再焊接多个圆锥体型的钢凸起，使钢凸起的大头端与钢管连接，并使多个金属凸起间隔排布于金属管本体的外表面上。其中，钢凸起的高度为1.2毫米。

(2)使用三维纺织机将混合有环氧树脂的玻璃纤维丝采用湿法纺织的方法环向缠绕在金属管本体上，并纺织在金属管本体上的纤维丝遮蔽每个金属凸起，得到过渡层，且每个金属凸起收容于过渡层内。其中，过渡层的最薄处的厚度为1.8毫米。

(3)在过渡层上手糊一层环氧树脂层，固化后形成厚度为0.6毫米的聚合物防水层。

(4)在聚合物防水层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入乙烯基树脂，以使乙烯基树脂渗透到碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，成型后形成层叠于聚合物防水层上的碳纤维层以及依次层叠于碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到纤维复合材料层。其中，碳纤维层的厚度为1毫米，玻璃纤维层的厚度为4毫米，芳纶纤维层的厚度比为1毫米。

采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能和金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件在腐蚀前后的弯曲强度见表1。

实施例5

本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备过程如下：

(1)在钢管的外表面再焊接多个圆锥体型的钢凸起，使钢凸起的大头端与钢管连接，并使多个金属凸起间隔排布于金属管本体的外表面上。其中，钢凸起的高度为1.2毫米。

(2)使用三维纺织机将混合有环氧树脂的玻璃纤维丝采用湿法纺织的方法环向缠绕在金属管本体上，并纺织在金属管本体上的纤维丝遮蔽每个金属凸起，得到过渡层，且每个金属凸起收容于过渡层内。其中，过渡层的最薄处的厚度为1.8毫米。

(3)在过渡层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入乙烯基树脂，以使乙烯基树脂渗透到碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，成型后形成层叠于过渡层上的碳纤维层以及依次层叠于碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到纤维复合材料层。其中，碳纤维层的厚度为1毫米，玻璃纤维层的厚度为4毫米，芳纶纤维层的厚度比为1毫米。

采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能和金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件在腐蚀前后的弯曲强度见表1。

对比例1

对比例1的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的制备过程如下：

(1)使用三维纺织机将混合有环氧树脂的玻璃纤维丝采用湿法纺织的方法环向缠绕在金属管本体上。其中，过渡层的厚度为1.5毫米。

(3)在过渡层上手糊一层环氧树脂层，固化后形成厚度为0.5毫米的聚合物防水层。

(4)在聚合物防水层上依次铺设碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，然后在真空条件下注入乙烯基树脂，以使乙烯基树脂渗透到碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，成型后形成层叠于聚合物防水层上的碳纤维层以及依次层叠于碳纤维层上的玻璃纤维层和芳纶纤维层，得到纤维复合材料层。其中，碳纤维层的厚度为1毫米，玻璃纤维层的厚度为4毫米，芳纶纤维层的厚度比为1毫米。

采用实施例1相同的测试方法得到对比例1的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能和金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件在腐蚀前后的弯曲强度见表1。

表1表示是实施例1～5和对比例1的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能和金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件腐蚀前后的弯曲强度。

表1

从表1中可以看出，实施例1～5的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结强度至少为1.0MPa，而对比例1的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间的粘结强度仅为0.12MPa，远远低于实施例1～5，这是因为，实施例1～5的金属凸起和环形凹槽大大提高了钢管与纤维复合材料层之间的粘结性能，并且金属凸起高度的增加和环形凹槽宽度的增加可以提高粘结性能。且同时设置有金属凸起和环形凹槽的实施例1～3的粘结强度大于仅设置有金属凸起的实施例4的粘合强度，而即没有设置金属凸起，又没有设置环形凹槽的对比例1的钢管与纤维复合材料层之间几乎丧失了粘合强度。

从表1中还可以看出，同样设置有纤维复合材料层的实施例1～5和对比例1，实施例1～实施例5的弯曲强度却远远高于对比例1，而本身纤维复合材料层就能够提高整体的结构强度，且随着纤维复合材料层的厚度提高，金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的整体结构强度也会提升，而对比例1的弯曲强度却远远低于实施例1～5，这是应为，对比例1的钢管与纤维复合材料层之间的粘结强度较差，在变形过程中钢管与纤维复合材料层之间已经脱离，没有办法再承受载荷。

从表1中还可以看出，实施例1～5的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件腐蚀后的弯曲强度下降幅度不到25％，而对比例1的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件腐蚀后的弯曲强度却大幅度地下降，下降了32％，这是因为实施例1～5的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的钢管与纤维复合材料层之间具有较好的粘结强度，从而在一定程度上提高了金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的耐腐蚀性能。

从表1中还可以看出，设置有聚合物防水层的实施例1～4的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件与没有设置聚合物防水层的实施例5相对而言，钢管与纤维复合材料层之间具有更好的粘结强度，且金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件具有更好的弯曲强度，说明设置聚合物防水层还能够在一定程度上增加金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的弯曲强度。同时，从表1中还可以看出，相对于没有设置聚合物防水层的实施例5，实施例1～4设置有聚合物防水层的金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件腐蚀后的弯曲强度下降幅度更小，这是因为纤维复合材料较脆，而通过设置聚合物防水层能够在表面的复合材料层发生破坏的情况下，内部的金属结构不受水的腐蚀，以加强金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的防水性能，从而在一定程度上提高了金属与复合材料的耐腐蚀复合结构件的耐腐蚀性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。