基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置的制作方法

本实用新型涉及一种海水环境下金属材料的保护技术领域，具体是一种基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置。

背景技术：

近些年来，我国海洋工业迅猛发展，其不可避免的在海洋中使用大量金属设备，比如海水抽水蓄能电站输水管道、输油管道、跨海大桥钢结构等金属设备。海水是中强腐蚀性电介质溶液，其腐蚀性远远超过河水和雨水，且高电导率特性使腐蚀电池的作用范围很大。金属设备长期处于海洋这样严酷的腐蚀环境，很容易发生腐蚀、损毁。这些破坏给我们的生活带来极大的困扰，甚至带来经济损失和安全问题。

阴极保护技术在海洋腐蚀防护中的应用最为广泛。阴极保护就是通过一定的方式对被保护金属提供一定量的电子流进行阴极极化，使金属的电位发生负移，使之处于热力学稳定区，从而减轻或防止金属发生氧化反应而受到腐蚀的电化学保护方法。但是海洋的腐蚀仍旧严重，还需改进。

技术实现要素：

鉴于上述情况，本实用新型提供一种基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置，即在现有阴极保护技术的基础上，施加磁场于作为阴极的金属基质周围。当金属基质表面发生腐蚀反应后，由于腐蚀产物中的fe²⁺离子具有磁矩，在磁场作用下含fe²⁺的腐蚀产物会吸附在金属基质表面，从而抑制金属基质的进一步腐蚀。

本实用新型采取的技术方案为：

基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置，包括：

电源，电源的负极连接金属基质，电源用于提供金属基质阴极电位；

辅助阳极，电源的正极连接辅助阳极；

磁场发生装置，用于给金属基质施加磁场，使金属基质含fe²⁺的腐蚀产物吸附于表面，抑制金属基质的腐蚀。

所述磁场发生装置为电磁铁。

所述磁场发生装置由金属基质表面施加通电导线构成。

所述电磁铁、通电导线通过的电流采用脉冲式、直流式、或者交变式电流。

所述磁场发生装置为永磁体。

所述磁场发生装置施加磁场于金属基质，或者金属基质的易腐蚀处，或者金属基质与其他合金设备衔接处。

所述金属基质为铁基钢材、或者铁基合金。

基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐方法，在海水中，通过电源提供金属基质阴极电位，让辅助阳极和海水电解质形成电流回路，并通过磁场发生装置给金属基质施加磁场，使金属基质含fe²⁺的腐蚀产物吸附于表面，抑制金属基质的腐蚀，使得金属基质得到保护。

所述磁场发生装置施加的磁场为电磁场，电磁场的施加方法为：将电磁铁放置于金属基质表面；或者将通电导线缠绕或平铺于金属基质需要被保护的表面并产生磁场。

所述磁场发生装置为永磁体，放置在金属基质表面需要保护的部分。

本实用新型一种基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置，技术效果如下：

1：不仅可有效抑制海水中金属基质，如铁基钢材设备的腐蚀，而且能够延长金属基质设备的使用寿命，增长设备的维护周期。

2：相较于传统的阴极保护措施，本实用新型更好的抑制了海水中金属基质设备的腐蚀。相较于添加杀菌剂等方法，本实用新型方法不污染海洋环境，有利用海洋产业的可持续发展。

3：本实用新型磁场发生装置可采用多种施加磁场方式，如通过电磁铁或者永磁体产生磁场，可根据实际情况选择不同的施加方式。

4：本实用新型的使用范围比较广泛。对于面积较大的大型海洋设施，比如：海港进出口闸门、海底输运管道、船舶底部等，可以采用大面积铺设导线而产生电磁场，以此实现基于磁场辅助的阴极保护技术。不仅如此，对于供电困难的场所或者面积较小的海洋设施局部，可采用永磁体实现基于磁场辅助的阴极保护技术。采用永磁体产生磁场时，不需要外加电源，节约能源。

5：本实用新型可在铁基钢材、或其他合金设备衔接处、或易于腐蚀的地方可采用永磁体，不仅能防腐而且安装简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型装置原理示意图。

图2为本实用新型装置采用电磁铁施加磁场方式示意图。

图3为本实用新型装置采用通电线圈缠绕方式施加磁场方式示意图。

图4为本实用新型装置采用通电线圈平铺方式施加磁场方式示意图。

图5为本实用新型装置采用永磁体施加磁场方式示意图。

具体实施方式

原理分析：

阴极保护就是通过一定的方式对被保护金属提供一定量的电子流进行阴极极化，使金属的电位发生负移，使之处于热力学稳定区，从而减轻或防止金属发生氧化反应而受到腐蚀的电化学保护方法。本实用新型在现有阴极保护技术的基础上，施加磁场于作为阴极的铁基钢材周围。当铁基钢材表面发生腐蚀反应后，由于腐蚀产物中的fe²⁺离子具有磁矩，在磁场作用下含fe²⁺的腐蚀产物会吸附在铁基钢材表面，从而抑制铁基钢材的进一步腐蚀。磁场施加可以通过电磁铁产生磁场，也可以使用永磁体产生磁场。这种防腐方法不仅可以减缓铁基钢材的腐蚀，而且绿色环保、不危及海洋生态平衡。通过以下三个实施例予以进一步说明：

实施例1：

如图1、图2所示，基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置，包括：

电源3，电源3的负极连接金属基质1，电源3用于提供金属基质1阴极电位；

辅助阳极2，电源3的正极连接辅助阳极2，

辅助阳极2用于将电源3设备所提供的保护电流经由海水传递到被保护的金属基质1表面。辅助阳极2材料应该具有以下性能：良好的导电性和高电化学活性；低消耗速率和长寿命；有足够强度，不易损坏；重量轻，易于搬运和安装；易于加工成型，具有高性价比；阳极材料及腐蚀产物环保无污染。辅助阳极2具体采用废钢铁、石墨、磁性氧化铁、高硅铸铁、铅合金、铂、混合金属氧化物、导电聚合物。

电源3采用直流电源，主要有整流器和恒电位仪。整流器是最简单的阴极保护电源设备，可以将外部交流电整流成低压直流电，并能够实现输出电流和电压连续可调。恒电位仪能够自动根据外界条件的变化自动调节输出电流的大小，使被保护金属基质1一直处于设定的保护电位范围内。工程中主要采用的恒电位仪有可控硅恒电位仪、磁饱和恒电位仪、大功率晶体管恒电位仪以及开关电源恒电位仪。在特殊场合，电源3如太阳能电池、风力发电机、潮汐能发电机也可用于外加电流阴极保护。

磁场发生装置，用于给金属基质1施加磁场，使金属基质1含fe²⁺的腐蚀产物吸附于表面，抑制金属基质1的腐蚀。

所述磁场发生装置为电磁铁4，电磁铁4采用的电流包括：脉冲式、直流式、交变式电流。

磁场施加磁场于金属基质1，或者金属基质1的易腐蚀处，或者金属基质1与其他合金设备衔接处。这样不仅可以有效控制腐蚀而且可节约成本。

所述金属基质1为铁基钢材、或者铁基合金。当金属基质1表面发生腐蚀反应后，由于腐蚀产物中的fe²⁺离子具有磁矩，在磁场作用下含fe²⁺的腐蚀产物会吸附在金属基质1表面，从而抑制金属基质1的进一步腐蚀。

实施例2：

如图1、图3、图4所示，基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置，包括：

电源3，电源3的负极连接金属基质1，电源3用于提供金属基质1阴极电位；

辅助阳极2，电源3的正极连接辅助阳极2，辅助阳极2用于将电源3设备所提供的保护电流经由海水传递到被保护的金属基质1表面。辅助阳极2材料应该具有以下性能：良好的导电性和高电化学活性；低消耗速率和长寿命；有足够强度，不易损坏；重量轻，易于搬运和安装；易于加工成型，具有高性价比；阳极材料及腐蚀产物环保无污染。

辅助阳极2具体采用废钢铁、石墨、磁性氧化铁、高硅铸铁、铅合金、铂、混合金属氧化物、导电聚合物。

电源3采用直流电源，主要有整流器和恒电位仪。整流器是最简单的阴极保护电源设备，可以将外部交流电整流成低压直流电，并能够实现输出电流和电压连续可调。恒电位仪能够自动根据外界条件的变化自动调节输出电流的大小，使被保护金属基质1一直处于设定的保护电位范围内。工程中主要采用的恒电位仪有可控硅恒电位仪、磁饱和恒电位仪、大功率晶体管恒电位仪以及开关电源恒电位仪。在特殊场合，电源3如太阳能电池、风力发电机、潮汐能发电机也可用于外加电流阴极保护。

磁场发生装置，用于给金属基质1施加磁场，使金属基质1含fe²⁺的腐蚀产物吸附于表面，抑制金属基质1的腐蚀。

所述磁场发生装置由金属基质1表面施加通电导线5构成。通电导线5采用的电流包括：脉冲式、直流式、交变式电流。

图3为金属基质1表面缠绕通电导线5方式，既可以大面积保护金属基质1，将fe²⁺吸附在金属基质1表面；又可以使得海水中的沿着金属基质1流动的带电粒子在洛伦兹力作用下做螺旋运动，从而延缓海水离子与金属基质1之间的相互作用。

图4为金属基质1表面平铺通电导线5方式，不要求金属基质1的表面形态，容易铺设，也能保护面积大的金属基质1。

磁场施加磁场于金属基质1，或者金属基质1的易腐蚀处，或者金属基质1与其他合金设备衔接处。这样不仅可以有效控制腐蚀而且可节约成本。

所述金属基质1为铁基钢材、或者铁基合金。当金属基质1表面发生腐蚀反应后，由于腐蚀产物中的fe²⁺离子具有磁矩，在磁场作用下含fe²⁺的腐蚀产物会吸附在金属基质1表面，从而抑制金属基质1的进一步腐蚀。

实施例3：

如图1、图5示，基于磁场辅助的海水环境下金属材料防腐装置，包括：

电源3，电源3的负极连接金属基质1，电源3用于提供金属基质1阴极电位；

辅助阳极2，电源3的负极连接辅助阳极2，辅助阳极2用于将电源3设备所提供的保护电流经由海水传递到被保护的金属基质1表面。辅助阳极2材料应该具有以下性能：良好的导电性和高电化学活性；低消耗速率和长寿命；有足够强度，不易损坏；重量轻，易于搬运和安装；易于加工成型，具有高性价比；阳极材料及腐蚀产物环保无污染。辅助阳极2具体采用废钢铁、石墨、磁性氧化铁、高硅铸铁、铅合金、铂、混合金属氧化物、导电聚合物。

电源3采用直流电源，主要有整流器和恒电位仪。整流器是最简单的阴极保护电源设备，可以将外部交流电整流成低压直流电，并能够实现输出电流和电压连续可调。恒电位仪能够自动根据外界条件的变化自动调节输出电流的大小，使被保护金属基质1一直处于设定的保护电位范围内。工程中主要采用的恒电位仪有可控硅恒电位仪、磁饱和恒电位仪、大功率晶体管恒电位仪以及开关电源恒电位仪。在特殊场合，电源3如太阳能电池、风力发电机、潮汐能发电机也可用于外加电流阴极保护。

磁场发生装置，用于给金属基质1施加磁场，使金属基质1含fe²⁺的腐蚀产物吸附于表面，抑制金属基质1的腐蚀。

所述磁场发生装置为永磁体6，放置在金属基质1表面需要保护的部分。适用于供电困难或者面积较小的海洋设施。永磁体6材料包括：合金永磁材料、稀土永磁材料、铁氧体永磁材料。

所述金属基质1为铁基钢材、或者铁基合金。当金属基质1表面发生腐蚀反应后，由于腐蚀产物中的fe²⁺离子具有磁矩，在磁场作用下含fe²⁺的腐蚀产物会吸附在金属基质1表面，从而抑制金属基质1的进一步腐蚀。

基于上述实施例1、实施例2、或者实施例3的海水环境下金属材料防腐方法，

在海水中，通过电源3向被保护金属基质1提供负极电流，电源3的正极接辅助阳极2，负极接被保护的金属基质1，保护电流从辅助阳极2经由海水电解质达到被保护金属基质1表面（保护电子流不断地补充被保护金属基质1表面，以此防止被保护金属基质1材料丢失电子而被氧化，而辅助阳极2不断地从海水吸收电子不断地提供给电源而形成回路），形成电流回路，并通过磁场发生装置给金属基质1施加磁场，使金属基质1含fe²⁺的腐蚀产物吸附于表面，抑制金属基质1的腐蚀，使得金属基质1得到保护。