一种热浸渗铝接地网构件的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种热浸渗铝接地网构件的制备方法。现有的热浸镀铝工艺，存在铝液不能润湿构件表面导致漏镀现象、镀层不均匀的问题。本发明将氟锆酸盐、氟化钾溶解于蒸馏水中获得助镀液；将接地网构件酸洗除锈后在氢氧化钠溶液中通一阳极电流除去表面酸洗残渣和浮灰，再置入助镀液中，干燥后进入熔融铝液中镀铝，之后经热处理获得金属间化合物涂层。本发明能够彻底清除钢件表面污染物，大大提高铝液对工件表面的润湿程度，消除漏镀，使无熔融覆盖盐镀铝成为现实，彻底解决了熔融氯化物、氟化物对环境的污染。
【专利说明】一种热浸渗铝接地网构件的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料的表面处理技术，具体地说是一种热浸渗铝接地网构件的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 接地网在变电站中起着防雷电、工作接地、泄流均压等作用，是保证变电站安全运 行的关键设施之一。它长期埋藏在物理化学性质错综复杂的土壤环境中，且受感应电流和 故障电流泄流的影响，引起的腐蚀较为严重。接地网的腐蚀是导致变电站发生事故的主要 因素，直接关系电网安全运行。
[0003] 接地网材料的腐蚀主要为土壤腐蚀，所包括的腐蚀类型有电化学腐蚀、化学腐蚀 和微生物腐蚀，其中以电化学腐蚀最为严重。普通碳钢接地材料在接地网投运后通常呈局 部腐蚀形态，并在腐蚀后变脆、起层、松散甚至断裂，存在极大隐患。目前用于防止接地网 腐蚀的方法主要有三种：1)阴极保护，该方法防腐效果好，但实时监测比较困难，且成本较 高；2)采用铜质接地网，铜具有良好的耐腐蚀性和稳定性，但铜在酸性土壤中耐蚀性不如 碳钢，其腐蚀产物会造成水体以及土壤污染，且铜成本较高，铜材刚性不足，施工难度大；3) 在传统接地网材料表面增加防护涂层，该方法相对前两种方法成本低，效果更好。目前接地 网防护涂层主要包括镀锌、导电防腐涂料等。但是镀锌钢接地材料在接地网杂散电流的作 用下，其表面的镀锌层很快就被溶解掉。导电防腐涂料能够有效延长接地网的寿命，但涂层 存在老化问题，一旦涂层出现缺陷，由于腐蚀电流高度集中，涂层缺陷作为阳极造成严重的 局部腐蚀，导致接地网遭到迅速破坏。因此，当前急需开发出制备方法简单、成本低、防护效 果好的接地网防护涂层。
[0004] 热浸镀铝钢材具有优良的耐蚀性和耐热性，在各种大气条件下的耐蚀性均高于热 浸镀锌钢材，在重工业大气和海洋环境中抗腐蚀性能尤佳，其使用寿命是热浸镀锌钢材的 5-10倍。它用于工业用水、海水和污水等环境中，比热浸镀锌钢材的耐蚀性高10-20倍，而 且还具有耐多种化学介质水溶液的腐蚀性能。
[0005] 热浸镀铝工艺主要采用熔剂法，即在熔融铝表面覆盖一层由氟化物、氯化物组成 的熔融盐，这层盐在高温下挥发到空气中，严重恶化生产条件，在构件从铝液中提出时会带 出大量覆盖盐，污染环境，但取消覆盖盐会使铝液不能充分润湿构件表面，容易出现漏镀现 象，镀层不均匀。
[0006] 热浸渗铝是镀铝后进一步热处理使表面形成金属间化合物涂层，除具有热浸镀铝 的优点外，它不会产生点蚀，表面硬度高。因此，热浸渗铝用于接地网构件的防腐将是一种 有效方法。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是克服现有热浸镀铝工艺存在铝液不能润湿构件表 面导致漏镀现象、镀层不均匀的问题，提供一种热浸渗铝接地网构件的制备方法，其在助镀 处理前通过电解方法除去钢铁构件表面的铁盐等污染物，使构件没有覆盖盐时铝液也能充 分润湿构件表面，解决漏镀及镀层不均匀问题。
[0008] 为此，本发明采用的技术方案如下：一种热浸渗铝接地网构件的制备方法，其包括 如下步骤：
[0009] 1)将氟锆酸盐和氟化钾溶解于蒸馏水中得到助镀液，所述的助镀液中氟锆酸盐浓 度为15?150g/L，氟化钾浓度为2?12g/L ;
[0010] 2)将氢氧化钠溶解于自来水中，加入OP乳化剂得到除灰液，所述的除灰液中氢氧 化钠浓度为30?120g/L，OP乳化剂的加入量为0. 5?5g/L ;
[0011] 3)将已经除油和酸洗除锈后的钢铁接地网构件浸入除灰液中并通直流电，进行除 灰处理，除去钢铁接地网构件表面的灰色污染物，得到灰白的表面；
[0012] 4)将步骤3)处理后的钢铁接地网构件浸入助镀液中进行助镀处理，提出后干燥， 使钢铁接地网构件表面形成一层盐膜；
[0013] 5)将步骤4)处理后的钢铁接地网构件浸入690?740°C的熔融铝液中5?20分 钟，提出冷却；
[0014] 6)待步骤5)得到的钢铁接地网构件表面铝液凝固后，转入热处理炉中，在 800-900°C保温4-6h，在空气中冷却至室温。
[0015] 本发明中的电解除灰处理能够彻底清除钢件表面污染物，经助镀液助镀后，大大 提高铝液对工件表面的润湿程度，消除漏镀，使无熔融覆盖盐镀铝成为现实，彻底解决熔融 氯化物、氟化物对环境的污染。
[0016] 进一步，所述的氟锆酸盐为氟锆酸钾、氟锆酸铵、氟锆酸钠中的一种或几种的混合 物。
[0017] 进一步，步骤3)除灰处理时，在除灰液温度为70?90°C的条件下通以直流电处 理，钢铁接地网构件作为阳极，电流大小为1?15A/dm2,处理时间5?10分钟，除灰处理后 水洗。
[0018] 进一步，步骤4)中，助镀处理的条件为：助镀液的温度采用室温，钢铁接地网构件 浸入助镀液中的时间为3-10分钟。
[0019] 进一步，步骤6)得到的钢铁接地网构件表面的渗铝层厚为150-250 ym，渗铝层表 层的主要成分为Fe2Al5，其余为FeAl2、FeAl3及Al 2O3，渗铝层内层的主要成分为FeAl。
[0020] 进一步，步骤3)中，除油和酸洗除锈后均要进行水洗，以防上道工序中的溶液进 入下道工序而产生负面影响。
[0021] 进一步，步骤1)中，所述的助镀液中氟锆酸盐浓度优选为15?100g/L。
[0022] 进一步，步骤1)中，所述的除灰液中氢氧化钠浓度优选为70?120g/L。
[0023] 进一步，步骤3)除灰处理时，电流大小优选为10?15A/dm2。
[0024] 本发明具有的有益效果如下：
[0025] 1.本发明制备热浸渗铝接地网构件的过程中，除灰处理能极大地清洁钢铁构件 表面，提高铝液润湿构件表面的能力，同时由于构件表面清洁度提高，镀层更不容易夹杂污 物，镀层的致密性得到提高，构件的保护性能得到优化。
[0026] 2.本发明由于取消了铝液表面覆盖盐，在减少生产成本的同时，极大地改善了生 产条件，作业工人的健康得到保障，降低了人工成本，并且由于杜绝盐类污染环境，保护了 环境，降低环保成本。
[0027] 3.采用本发明的方法制备热浸渗铝接地网构件操作简单，生产效率高。
[0028] 4.本发明获得的渗铝膜（或渗铝层）厚度均匀、致密、与基体结合力好，表面电 阻低，可以抵抗2000小时以上盐雾试验，而普通镀铝膜几百小时盐雾试验后就已经破损严 重。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1-2为本发明实施例1渗铝膜截面的SEM形貌及EDS化学成分；其中：图1为 SEM形貌；图2为EDS化学成分。
[0030] 图3为本发明实施例2渗铝表面形貌。
[0031] 图4为本发明实施例3渗铝、镀铝、镀锌等在土壤浸出液中的极化曲线比较。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合说明书附图及【具体实施方式】详述本发明。
[0033] 实施例1
[0034] 将氟锆酸钾、氟化钾分别用适量蒸馏水溶解后混合在一起形成溶液，并使溶液中 各组分浓度为：15g/L氟锆酸钾，2g/L氟化钾，制成助镀液。然后按照70g/L的加入量将氢 氧化钠溶入自来水中，OP乳化剂的添加量为0. 5g/L，配成除灰液。
[0035] 样品为Q235钢。采用盐酸去除表面锈渍后，用丙酮擦拭除油。
[0036] 用挂具将经过预处理的钢样品夹持好后浸入到上述除灰液中进行处理。钢样品作 为阳极，不锈钢电解槽做阴极，除灰过程电解液温度保持在80°C，直流电流为10A/dm2,处理 时间5分钟。
[0037] 除灰结束后，样品取出采用自来水冲洗干净，进入助镀剂中保持5分钟，自然晾 干。将样品浸入700°C熔融铝液中10分钟，待构件表面铝液凝固后，转入热处理炉中，在 850°C保温5h，空冷至室温。
[0038] 所获得的渗铝膜厚度为150 y m，颜色为白灰色，扫描电镜观察的渗铝膜截面微观 形貌及EDS化学成分如图1-2所示。由图1-2可以看出，渗铝膜外层存在微孔内层致密，化 学成分主要由铝氧化物，铁铝相等组成。
[0039] 本实施例中渗铝膜经1800小时盐雾试验未见点蚀产生，仅出现一点浮锈，系由于 渗铝层中残留的铁颗粒形成。
[0040] 实施例2
[0041] 取100克氟锆酸钠、12克氟化钾分别用500毫升蒸馏水溶解后混合在一起形成1 升溶液制成助镀液。然后按照120g/L的加入量将氢氧化钠溶入自来水中，OP乳化剂的添 加量为5g/L，配成除灰液。
[0042] 样品同样为Q235钢。用丙酮除油，采用盐酸溶解表面铁锈。
[0043] 用挂具将经过预处理的钢样品夹持好后浸入到上述除灰液中进行处理。钢样品作 为阳极，不锈钢电解槽做阴极，除灰过程电解液温度保持在70°C，直流电流为15A/dm2,处理 时间5分钟。
[0044] 除灰结束后，样品取出采用自来水冲洗干净，进入助镀剂中保持5分钟，热风吹 干。将样品浸入710°C熔融铝液中15分钟，提出待构件表面铝液凝固后，转入热处理炉中， 在850°C保温5h，空冷至室温。
[0045] 所获得的渗铝膜厚度为210i!m，颜色为白灰色，表面形貌见图3,表面电阻见表1， 仅IOmQ，导电良好。
[0046] 表1实施例2的表面电阻
[0047]
【权利要求】
1. 一种热浸渗铝接地网构件的制备方法，其包括如下步骤： 1) 将氟锆酸盐和氟化钾溶解于蒸馏水中得到助镀液，所述的助镀液中氟锆酸盐浓度为 15?150g/L，氟化钾浓度为2?12g/L ; 2) 将氢氧化钠溶解于自来水中，加入OP乳化剂得到除灰液，所述的除灰液中氢氧化钠 浓度为30?120g/L，0P乳化剂的加入量为0. 5?5g/L ; 3) 将已经除油和酸洗除锈后的钢铁接地网构件浸入除灰液中并通直流电，进行除灰处 理，除去钢铁接地网构件表面的灰色污染物，得到灰白的表面； 4) 将步骤3)处理后的钢铁接地网构件浸入助镀液中进行助镀处理，提出后干燥，使钢 铁接地网构件表面形成一层盐膜； 5) 将步骤4)处理后的钢铁接地网构件浸入690?740°C的熔融铝液中5?20分钟， 提出冷却； 6) 待步骤5)得到的钢铁接地网构件表面铝液凝固后，转入热处理炉中，在800-900°C 保温4-6h，在空气中冷却至室温。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的氟锆酸盐为氟锆酸钾、氟锆酸 铵、氟锆酸钠中的一种或几种的混合物。
3. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)除灰处理时，在除灰液温 度为70?90°C的条件下通以直流电处理，钢铁接地网构件作为阳极，电流大小为1?15A/ dm2,处理时间5?10分钟，除灰处理后水洗。
4. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，助镀处理的条件为： 助镀液的温度采用室温，钢铁接地网构件浸入助镀液中的时间为3-10分钟。
5. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤6)得到的钢铁接地网构件 表面的渗铝层厚为150-250 y m，渗铝层表层的主要成分为Fe2Al5，其余为FeAl2、FeAl 3及 A1203，渗错层内层的王要成分为FeAl。
6. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，除油和酸洗除锈后均 要进行水洗。
7. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的助镀液中氟锆 酸盐浓度为15?100g/L。
8. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的除灰液中氢氧 化钠浓度为70?120g/L。
9. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)除灰处理时，电流大小为 10 ?15A/dm2。
【文档编号】C23C2/34GK104451497SQ201410602468
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】祝郦伟, 钱洲亥, 周海飞, 刘敏, 沈晓明 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司电力科学研究院