彭春玉

摘? 要：文章從中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的角度出發(fā)，對(duì)基于海洋環(huán)境中的金屬防腐蝕技術(shù)的創(chuàng)新現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析，并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：金屬腐蝕;海洋環(huán)境;專(zhuān)利

中圖分類(lèi)號(hào)：P76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0028-02

1 概述

腐蝕是金屬材料和環(huán)境相互作用所產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象，然而海洋環(huán)境是一個(gè)特定的極為復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。海洋大氣中含有較多的海鹽料子;海水是一種強(qiáng)電解質(zhì)溶液，對(duì)材料的腐蝕作用因海洋環(huán)境的不同有很大差異，海底沉積物環(huán)境與普通的土壤腐蝕也大不相同[1]。海上裝備和工作設(shè)施用到的金屬材料尤其是鋼鐵，在海洋環(huán)境中受到的腐蝕破壞問(wèn)題不容忽視，許多相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)或科研院所均進(jìn)行了研究，并且進(jìn)行了專(zhuān)利申請(qǐng)。而針對(duì)海洋腐蝕的防護(hù)用的最多的是電化學(xué)防護(hù)方法，有關(guān)電化學(xué)金屬腐蝕防護(hù)的專(zhuān)利申請(qǐng)的國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)主要集中在C23F13/00，本文數(shù)據(jù)通過(guò)在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局的專(zhuān)利檢索與服務(wù)系統(tǒng)中的中國(guó)專(zhuān)利文摘數(shù)據(jù)庫(kù) （China Patent Abstract Database，簡(jiǎn)稱(chēng)“CNABS”）及德溫特世界專(zhuān)利索引數(shù)據(jù)庫(kù)（簡(jiǎn)稱(chēng)：DWPI）中海洋腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)，根據(jù)國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)分布，主要以分類(lèi)號(hào) C23F13/00（用陽(yáng)極或陰極保護(hù)法的金屬防腐蝕）為檢索入口結(jié)合關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢索結(jié)果主要涉及發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)。

2 專(zhuān)利申請(qǐng)概況及分析

有關(guān)海洋腐蝕防護(hù)的專(zhuān)利申請(qǐng)，作者在CNABS和DWPI專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行了檢索和統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)申請(qǐng)人所屬地區(qū)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)利申請(qǐng)量最大國(guó)家為日本共165件，其次是中國(guó)128件，接著是英國(guó)69件、美國(guó)46件、法國(guó)33件、德國(guó)27件，其余國(guó)家則相對(duì)較少。由此可以看出，關(guān)于海洋的金屬腐蝕防護(hù)在日本申請(qǐng)量最大，中國(guó)次之。日本屬于島國(guó)，處于海洋包圍的環(huán)境，其海洋環(huán)境的腐蝕相對(duì)較為嚴(yán)重，因此該國(guó)在該方面的研究與其他國(guó)家相比相對(duì)較大。本文針對(duì)全世界在中國(guó)就海洋環(huán)境腐蝕的防護(hù)申請(qǐng)的專(zhuān)利進(jìn)行分析。截止2017年12月31日，該領(lǐng)域全世界的相關(guān)申請(qǐng)共587件（已排除同族類(lèi)申請(qǐng)），其中在中國(guó)申請(qǐng)共180件，通過(guò)進(jìn)一步篩選后最終提取出103件。本文所做的相關(guān)統(tǒng)計(jì)和分析均基于這103件專(zhuān)利申請(qǐng)文件。圖1為該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人和國(guó)外申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)量的時(shí)間分布圖，從圖中可以看出國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域的申請(qǐng)量從2000年后處于快速攀升狀態(tài)，相比之下國(guó)外的申請(qǐng)量（即國(guó)外申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)量）則一直處于較低水平。

2.1 國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)人地域分布

由于所涉及103件均為在華專(zhuān)利申請(qǐng)，因此國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量占絕大多數(shù)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)各省份的專(zhuān)利申請(qǐng)量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大部分申請(qǐng)都集中在沿海的省份的沿海城市，產(chǎn)生如此大的地域差異性，與海洋環(huán)境腐蝕發(fā)生地域具有密不可分的關(guān)系。

2.2 國(guó)內(nèi)外主要申請(qǐng)人

在該領(lǐng)域的重要申請(qǐng)人當(dāng)中，中國(guó)海洋石油總公司及中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，而其它公司，如鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所、大連科邁爾防腐科技有限公司也有較多的研究。

不難發(fā)現(xiàn)，企業(yè)（47件）及研究所（28件）為該領(lǐng)域的主要研發(fā)力量，由于海洋腐蝕多涉及于大型的設(shè)備及工作設(shè)施，對(duì)其的研究需投入較大的人力、物力及研究場(chǎng)地，普通大專(zhuān)院校及個(gè)人較難達(dá)到所需的研發(fā)條件。在所涉及的103件專(zhuān)利申請(qǐng)中，大專(zhuān)院校（16件）在專(zhuān)利申請(qǐng)量只占了不到16%，其中洛陽(yáng)理工學(xué)院在該分類(lèi)號(hào)下有5件發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，主要涉及犧牲陽(yáng)極材料的研究;此外，還有少數(shù)的個(gè)人申請(qǐng)，主要也是涉及犧牲陽(yáng)極材料方面。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)海洋金屬防腐蝕所有申請(qǐng)的主分類(lèi)號(hào)并剔除其中的噪音，可以發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的申請(qǐng)被分入了陰極保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)部件或組件（C23F13/06）這一分類(lèi)號(hào)及其下級(jí)點(diǎn)組的分類(lèi)號(hào)下，主要涉及犧牲陽(yáng)極用的材料（C23F13/14）、陰極保護(hù)所用的檢測(cè)裝置（C23F13/22）的研究。

3 基于海洋環(huán)境金屬防腐蝕的專(zhuān)利介紹

基于海洋環(huán)境金屬防腐蝕的專(zhuān)利技術(shù)的創(chuàng)新主要在以下幾個(gè)方面：

3.1 以材料為特征的電極

北京科技大學(xué)[2]研究一種適合于深海環(huán)境中具有高電流效率的鋁合金犧牲陽(yáng)極。該犧牲陽(yáng)極以鋁為基體，加入鋅、銦、錫、鎂、鈦合金元素，具體成分配比為（wt%）：鋅4.0～6.0%，銦0.020～0.030%，錫0.05～0.10%，鎂0.5～1.0%，鈦0.05～1.0%，其中雜質(zhì)鐵<0.050%，銅<0.010%，余量為鋁。采用真空冶煉的方法制備。在模擬深海環(huán)境中，測(cè)試得到該系列犧牲陽(yáng)極的電流效率在92%以上，開(kāi)路電位-1.05～-1.20之間，活化性能較好，溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物易于脫落?？捎糜谏詈－h(huán)境中金屬構(gòu)件的陰極保護(hù)。

3.2 以結(jié)構(gòu)為特征的防腐蝕系統(tǒng)

株式會(huì)社日立制作所[3]開(kāi)發(fā)的電防蝕系統(tǒng)及海水淡化裝置，可以低成本及高效率地提高海水泵、海水淡化系統(tǒng)等的配管材料的耐蝕性，用于抑制通水用的配管的腐蝕，具有：電防蝕用的陽(yáng)極電極，所述陽(yáng)極電極由介于將配管的接頭部分連接的凸緣部之間的兩個(gè)絕緣墊片夾持成除一部分之外被覆蓋，所述一部分從墊片露出而構(gòu)成在配管的內(nèi)部與水接觸的水接觸面;陽(yáng)極電極用的端子，所述端子至少一部分由墊片夾持;直流電源，所述直流電源經(jīng)由端子及電線(xiàn)與陽(yáng)極電極和配管連接，使防蝕電流在配管的通水部中流動(dòng);第一密封構(gòu)件，其密封凸緣部與墊片之間;第二密封構(gòu)件，其密封墊片與端子之間或陽(yáng)極電極與端子之間;以及第三密封構(gòu)件，其密封連接器的外周。

3.3 陰極保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)

福建煉油化工有限公司及中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所二部[4]在碳鋼冷卻管內(nèi)壁涂以一層有機(jī)涂層，在海水入口室安裝一鋁（或鋅）犧牲陽(yáng)極并以導(dǎo)線(xiàn)與冷卻管連接。這樣，當(dāng)海水進(jìn)入冷卻管時(shí)，犧牲陽(yáng)極和海水與冷卻管組成一原電池。其中鋁犧牲陽(yáng)極電位低，成為電池陽(yáng)極，逐漸轉(zhuǎn)化為鋁離子并釋放出電子。原電池產(chǎn)生的電流（陰極保護(hù)電流）從陽(yáng)極經(jīng)海水進(jìn)入冷卻管之后，因管壁已有一層高電阻涂層，僅有小部分的電流分流到管口附近的管壁，大部分電流繼續(xù)沿管軸流向管內(nèi)深處并均勻地分流到管壁，使管壁各點(diǎn)都能得到陰極保護(hù)，有效地防止海水對(duì)管壁的腐蝕，解決了施加陰極保護(hù)時(shí)存在的陰極保護(hù)距離太短和陰極保護(hù)電流太大的問(wèn)題。

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心[5]提出了一種解決艦船螺旋槳污損問(wèn)題的方法，包括如下步驟：（1）艦船系泊狀態(tài)螺旋槳靜止時(shí)，以艦船原有電解海水產(chǎn)生的次氯酸根離子[C1O]-和酰胺類(lèi)膠體物質(zhì)在螺旋槳槳葉表面，形成亞穩(wěn)態(tài)的酰胺類(lèi)膠體/[C1O]-聚集層，阻斷海生動(dòng)植物直接在螺旋槳槳葉表面的附著路徑，使槳葉區(qū)域[C1O]-濃度增加殺滅海生物;（2）艦船航行狀態(tài)，螺旋槳旋轉(zhuǎn)，流體產(chǎn)生的剪切作用導(dǎo)致附著在螺旋槳槳葉表面的亞穩(wěn)態(tài)酰胺類(lèi)膠體/[C1O]-聚集層及其表面聚集的雜質(zhì)被剝離。本發(fā)明有效提高電化學(xué)防污技術(shù)效果，保護(hù)螺旋槳免受海生物的污損;同時(shí)，流體在螺旋槳表面的剪切作用剝離亞穩(wěn)態(tài)酰胺類(lèi)膠體/[C1O]-聚集層，避免海生物的附著。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從中國(guó)專(zhuān)利的視角出發(fā)，對(duì)基于海洋環(huán)境中的金屬防腐蝕技術(shù)的創(chuàng)新現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析，并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了介紹，以期客觀(guān)展現(xiàn)我國(guó)海洋防腐蝕領(lǐng)域的創(chuàng)新現(xiàn)狀。從以上的分析可以看出：目前的研究主要集中在犧牲陽(yáng)極用材料及防腐蝕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，在未來(lái)的海洋腐蝕研究的方向上，我們期待有新的突破，提升我國(guó)海洋腐蝕研究的總體水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯保榮，等.海洋腐蝕環(huán)境理論及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，1999，2.

[2]北京科技大學(xué).一種適合于深海環(huán)境中具有高電流效率的鋁合金犧牲陽(yáng)極[P].CN104060280B，2016-08-24.

[3]株式會(huì)社日立制作所.電防蝕系統(tǒng)、海水泵及海水淡化裝置[P].CN104947117B，2018-01-30.

[4]福建煉油化工有限公司，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所二部.碳鋼冷卻器防海水腐蝕的方法與裝置[P].CN1072280C，2001-10-

03.

[5]中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心.一種解決艦船螺旋槳污損問(wèn)題的方法[P].CN106347602B，2018-06-12.