表面含Ni-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种表面含Ni-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，是将钢芯铝绞线的内部钢芯经除油、喷砂或喷丸、化学镀层后，与铝绞线铰接成钢芯铝绞线，再经除油、喷砂或喷丸、化学镀层、水洗烘干制得所述钢芯铝绞线。所得钢芯铝绞线的内部钢芯和外部铝绞线表面均具有一层Ni-P-植酸非晶镀层，该镀层表面致密，使制得的钢芯铝绞线表面光洁，自洁能力强，具有很好的抗疲劳性能及优异的耐腐蚀性能，特别适合于沿海潮湿、冷雨等极端气候环境下使用。
【专利说明】表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线
【技术领域】
[0001]本发明属于电力工业领域，具体涉及一种表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀钢芯铝绞线。
【背景技术】
[0002]钢芯铝绞线是由镀锌钢丝或镀锌钢丝铰接成的钢芯作为芯部，外面由一层或几层铰接的铝绞线组成。铝绞线使用的铝纯度要求很高，根据国标GB1179-83，铝绞线中含硅不大于0.13%、铁不大于0.16%、硅加铁不大于0.26%、钛钒锰铬之和不大于0.01%，其表面会形成一层致密的钝化膜，并且与铝基体结合非常牢固，就是因为这层天然的氧化膜，使铝及其合金在常规的环境中性能稳定，不容易腐蚀，是高压输电线路的主要导体材料。钢芯铝绞线一方面在风、冰冻以及其他恶劣环境因素影响下的摆晃而产生微动磨损和微动疲劳；另一方面经受大气中水分、化学气体、尘埃和盐类物质等侵蚀性介质的作用发生腐蚀，从沿海工业区、工业区、沿海地区和农村地区依次排列，腐蚀逐步减轻。这两者往往同时作用，产生叠加效应(微动腐蚀)，加剧导线的损伤，造成断线、断股等输电事故。
[0003]腐蚀破坏是钢芯铝绞线的主要破坏形式之一。导线的腐蚀形态有化学腐蚀和电化学腐蚀，并以电化学腐蚀为主，而且主要是外层腐蚀。当空气湿度较大时，导线表面水分会凝聚成水膜，大气的02、CO2及其它气体如H2S、NH2, SO2, NO2, Cl2, HCl等和盐类物质溶解于水膜中，形成电解液薄层。电解液薄层与金属氧化膜发生反应而产生孔蚀。在导线内部铝股与镀锌钢芯的接触层，由于金属电极电位差异，也会产生接触腐蚀。铝股受腐蚀后表面会产生白色粉末，并布满麻点，铝股与钢芯接触层也会产生白色粉末状物，同时导线明显变脆，抗拉强度明显降低，严重时会造成断股、断线，大大地缩短了导线的使用寿命，特别是在沿海一带导线寿命特别低。如福建省某海岛上一 35KV钢芯铝绞线仅使用5年就出现断线断股，相对于钢芯铝绞线30-40年的使用寿命，低很多。这可能是由于海岛上潮湿的海洋大气、常年4级以上的风以及夏秋季的多台风，导致湿潮的大气腐蚀、小孔腐蚀和应力腐蚀。值得一提的是，从失效导线每层的腐蚀情况看，内层铝绞线的腐蚀比外层铝绞线的腐蚀更为严重，这可能还与表层铝绞线存在缝隙有关，腐蚀介质通过表层缝隙进入内层表面，内层表面的腐蚀产物却无法从缝隙排出，而产生更大的应力集中，使腐蚀更严重。因此对于钢芯铝绞线，若能实现在表面产生一层耐风动、结合力良好的耐蚀层，减少腐蚀介质侵入内层铝绞线，无疑将大大延长导线的使用寿命。
[0004]化学镀是一种在无外加电流的状态下，利用镀液中的还原剂在活化工件表面上自催化还原沉积，从而得到镀层的方法。N1-P化学镀是以次磷酸盐为还原剂将镀液中的镍离子还原成金属镍，沉积到零件表面上，直至达到所需要的厚度，然后将零件取出，反应就会停止。化学镀镍的同时，磷酸盐本身也会被还原，共同沉积到金属零件的表面上，因此，所得镀层为镍磷二元合金。通过调整P的含量，就可以获得不同物相的N1-P镀层。一般对于二元N1-P，P含量超过8%就可以获得非晶镀层。此外，化学镀操作方便、工艺简单，化学镀镍可以使铝及铝合金的耐蚀性和耐磨性有较大程度地提高，并且不受形状的限制，是铝及铝合金、钢制品表面处理方法中成本较低且最有前景的工艺方法。
[0005]20世纪70年代末，铝及其合金化学镀镍在技术上己经有了突破，并且取得了广泛应用，而到目前为止二次浸锌工艺(又称锌酸盐处理)仍被认为适用于大多数铝及铝合金的最可靠技术，化学镀镍磷合金的工艺流程为:预镀件一除油一水洗一碱洗一水洗一酸洗—水洗一浸锌一水洗一退锌一水洗一二次浸锌一水洗一碱性化学预镀镍一水洗一酸性化学镀镍。但由于铝绞线的铝表面具有致密的氧化膜，使其不能获得结合良好的金属镀层。为了得到结合性良好的金属镀层，必须先除掉这层氧化膜，并保证在金属镀层镀上之前不重新生成，这是铝及其合金前处理的关键。因此，如何克服上述问题，在钢芯铝绞线表面进行化学镀，从而实现钢芯铝绞线耐腐蚀、使用寿命延长，是一个新的研究热点，目前还未有相关理论和应用研究的报道。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀钢芯铝绞线，通过在钢芯和铝绞线表面分别镀上一层含N1-P-植酸的非晶镀层，在保持钢芯铝绞线的力学性能和电学性能不变的基础上，利用该非晶镀层优异的耐蚀耐候性能，使制备的钢芯铝绞线表面不出现缝隙，即使在强振动后仍能保持良好的耐蚀性，特别适合于沿海潮湿、冷雨等极端气候环境下使用。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，是将钢芯铝绞线的内部钢芯经除油、喷砂或喷丸、化学镀层后，与铝绞线铰接成钢芯铝绞线，再经除油、喷砂或喷丸、化学镀层、水洗烘干制得成品。
[0008]具体包括以下步骤:
O钢芯除油:将7股、直径为2mm的镀锌钢线绞制成的钢芯放入沸腾的质量分数为10%Na0H溶液中处理5min以去油，水洗烘干；
2)喷砂或喷丸:用石英砂或钢丸对步骤I)处理后的钢芯进行喷砂或喷丸处理，以除锈并增加钢丝的抗疲劳性能；
3)化学镀层:将步骤2)处理后的钢芯放入镀液中，控制反应温度80-90°C，搅拌反应2h后水洗烘干；所述镀层的厚度为10-30 μ m ；
4)铰接:将26股直径为2.4mm的铝线分2层缠绕(外层16股、内层10股)在步骤3)含N1-P非晶镀层的钢芯上，制得钢芯铝绞线；
5)除油:将步骤4)所得钢芯铝绞线用沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液处理5min，以去油和去除表面的致密氧化物，再水洗烘干；
6)喷砂或喷丸:用石英砂或钢丸对步骤5)的钢芯铝绞线进行喷砂或喷丸处理，以去除表面氧化物，增加铝的抗疲劳性能；
7)化学镀层:将步骤6)处理后的钢芯铝绞线放入镀液中，控制反应温度80-90°C，pH值4.5-5.0，搅拌反应2h ;所述镀层的厚度为10-30 μ m ；
8)水洗烘干制得成品。
[0009]步骤3)和步骤7)所述镀液的原料配方包括:硫酸镍25-30 g/L、次亚磷酸钠25_36g/L、植酸10-25 g/L、柠檬酸15 g/L、乳酸25ml/L ;镀液的pH值为4.5-5.0。
[0010]所述镀液中可增加Co，W，Al，SiC及PTFE等，以进一步改善其耐蚀性和机械性能。
[0011]本发明的显著优点在于:
(O本发明制得的钢芯铝绞线的钢芯和铝绞线均经过化学镀层处理，表面具有一层N1-P-植酸非晶镀层，该镀层表面致密，使制得的钢芯铝绞线表面光洁，自洁能力强，具有很好的抗疲劳性能及优异的耐腐蚀性能，特别适合于沿海潮湿、冷雨等极端气候环境下使用。
[0012](2)本发明可解决钢芯铝绞线表面不能长期有效耐腐蚀的问题，解决了架空铝绞线在沿海潮湿和冷雨等极端气候条件下，因小孔腐蚀、湿潮大气腐蚀、应力腐蚀和电偶腐蚀而导致的钢芯铝绞线力学性能下降的问题。
【具体实施方式】
[0013]为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合【具体实施方式】对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
[0014]实施例1
一种表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，是将钢芯铝绞线的内部钢芯经除油、喷砂、化学镀层后，与除油后的铝绞线铰接成钢芯铝绞线，再经喷砂、化学镀层、水洗烘干制得成品。
[0015]具体包括以下步骤:
1)钢芯除油:将7股、直径为2_的镀锌钢线绞制成钢芯，放入沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液中处理5min以去油，水洗烘干；
2)喷砂:用石英砂对步骤I)处理后的钢芯进行喷砂处理，以除锈并增加钢丝的抗疲劳?生倉泛;
3)化学镀层:将步骤2)处理后的钢芯放入镀液中，80°C下搅拌反应2h后水洗烘干；所得镀层的厚度为1ym;
4)铰接:将26股直径为2.4mm的铝线分2层缠绕(外层16股、内层10股)在步骤3)含N1-P非晶镀层的钢芯上，制得钢芯铝绞线；
5)除油:将步骤4)所得钢芯铝绞线用沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液处理5min，以去油和去除表面的致密氧化物，再水洗烘干；
6)喷砂:用石英砂对步骤5)的钢芯铝绞线进行喷砂处理，以去除表面氧化物，增加铝的抗疲劳性能；
7)化学镀层:将步骤6)处理后的钢芯铝绞线放入镀液中，控制反应温度80°C，搅拌反应2h ;所述镀层的厚度为10 μ m ;
8)水洗烘干制得成品。
[0016]步骤3)和步骤7)所述镀液的原料配方为硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、植酸10g/L、柠檬酸 15g/L、乳酸 25ml/L、氟化钠 lg/L、丁二酸 5g/L、丙酸 5ml/L ；pH 值为 4.5。
[0017]将本实施例制得的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线和市售同规格的钢芯铝绞线分别在模拟沿海工业区(3%NaCl溶液+3% NaHSO3溶液)、工业区(3% NaHSO3溶液)、沿海地区(3%NaCl溶液)和农村地区(H2O)气候条件的环境中进行浸溃腐蚀试验，并对涂层表面进行显微分析。
[0018]从测试结果可以看出，浸泡72h后，本实施例的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线未出现任何变化。市售同规格的钢芯铝绞线在沿海工业区及工业区的模拟环境中，冒出大量的气泡，腐蚀非常严重，钢丝、铝绞线的尺寸减小，在沿海地区的模拟环境中也出现较大的腐蚀，表面出现了一些腐蚀小孔，这可能与铝表面钝化膜的破坏有关；即便在农村地区的模拟环境中腐蚀也会发生，使市售同规格的钢芯铝绞线失去金属铝的光泽，拆开钢芯铝绞线，内层钢芯经腐蚀锈迹斑斑。
[0019]浸泡168h (7天)后，本实施例的钢芯铝绞线在沿海工业区及工业区模拟环境中，开始出现气泡，随着时间的延长，气泡越来越多；180h后，活化层被气泡冲刷，开始脱落，形成较大的孔洞，拆开导线，内部没有潮湿，钢芯完好。通常情况下导线断股都是因为钢芯被腐蚀导致力学性能下降造成的，本实施例的钢芯完好表明该导线的耐腐蚀性能很强，可有效防止导线断股。
[0020]将本实施例制得的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线和市售同规格的钢芯铝绞线进行盐雾试验，试验条件为=NaCl溶液(浓度50±5 g / L)，温度为35±2°C，pH值3.1?3.3，采用间歇操作，间隔时间为8 h，试验时间为32 h。本实施例的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线表面未出现任何表面变化，而市售同规格的钢芯铝绞线的表面出现大量白色腐蚀产物，将其拆开后，内部铝绞线和钢芯都遭受严重腐蚀。继续进行112h盐雾实验，本实施例的钢芯铝绞线表面开始出现腐蚀小孔，但内部钢芯和铝绞线表面没有附着盐和水，仍然很干净，说明本实施例制得的钢芯铝绞线耐腐蚀性能优异。
[0021]实施例2
一种表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，是将钢芯铝绞线的内部钢芯经除油、喷丸、化学镀层后，与除油后的铝绞线铰接成钢芯铝绞线，再经喷丸、化学镀层、水洗烘干制得成品。
[0022]具体包括以下步骤:
1)钢芯除油:将7股、直径为2_的镀锌钢线绞制成钢芯，放入沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液中处理5min以去油，水洗烘干；
2)喷丸:用钢丸对步骤I)处理后的钢芯进行喷丸处理，以除锈并增加钢丝的抗疲劳性倉泛;
3)化学镀层:将步骤2)处理后的钢芯放入镀液中，90°C下搅拌反应2h后水洗烘干；所得镀层的厚度为30μπι;
4)铰接:将26股直径为2.4mm的铝线分2层缠绕(外层16股、内层10股)在步骤3)含N1-P非晶镀层的钢芯上，制得钢芯铝绞线；
5)除油:将步骤4)所得钢芯铝绞线用沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液处理5min，以去油和去除表面的致密氧化物，再水洗烘干；
6)喷丸:用石英砂或钢丸对步骤5)的钢芯铝绞线进行喷丸处理，以去除表面氧化物，增加铝的抗疲劳性能；
7)化学镀层:将步骤6)处理后的钢芯铝绞线放入镀液中，控制反应温度90°C，搅拌反应2h ;所述镀层的厚度为30 μ m ;
8)水洗烘干制得成品。
[0023]步骤3)和步骤7)所述镀液的原料配方为硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠25g/L，植酸25g/L,朽1檬酸15g/L,乳酸25ml/L,碘酸钾0.05mg/L, 二烧基苯磺酸钠0.05mg/L,聚四氟乙烯(PTFE)粒子 8g/L ;pH 值为 5.0ο
[0024]本实施例通过将采用PTFE颗粒分散于N1-P镀层中实现化学复合镀N1-P-PTFE。由于PTFE微粒的化学稳定性好，摩擦系数极低(仅为0.05)，表面能低且具有不粘性等特点，使N1-P-PTFE镀层在机械、纺织、化工等许多工业部门得到广泛应用。此外，复合镀液中添加阳离子型表面活性剂可使PTFE粒子带正电荷，在静电吸附下能使更多的PTFE粒子沉积在金属表面，则镀层中复合粒子含量会增加。
[0025]将本实施例制得的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线和市售同规格的钢芯铝绞线分别在模拟沿海工业区(3%NaCl溶液+3% NaHSO3溶液)、工业区(3% NaHSO3溶液)、沿海地区(3%NaCl溶液)和农村地区(H2O)气候条件的环境中进行浸溃腐蚀试验，并对涂层表面进行显微分析。
[0026]从测试结果可以看出，浸泡72h后，本实施例的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线未出现任何变化。市售同规格的钢芯铝绞线在沿海工业区及工业区的模拟环境中腐蚀非常严重，钢丝、铝绞线的尺寸减小，在沿海地区的模拟环境中也出现了腐蚀，而在农村地区模拟环境中的钢芯铝绞线腐蚀较轻些，表面出现白色粉末。
[0027]浸泡240h后，本实施例的钢芯铝绞线在沿海工业区及工业区模拟环境中，开始出现气泡，随着时间的延长，气泡越来越多；246h后取出，本实施钢芯铝绞线的N1-P-植酸-PTFE非晶镀层有裂纹出现，部分裂纹处可见铝；拆开钢芯铝绞线，其内部很少区域潮湿，遭受介质腐蚀，而钢芯仍然完好，没有任何腐蚀迹象。说明即使腐蚀液通过缝隙进入铝绞线内部,但能进入内部的腐蚀液少,不会对钢芯造成腐蚀。
[0028]将本实施例制得的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线和市售同规格的钢芯铝绞线进行盐雾试验，试验条件为=NaCl溶液(浓度50±5 g / L)，温度为35±2°C，pH值3.1?3.3，采用间歇操作，间隔时间为8 h，试验时间为32 h。本实施例的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线表面未出现任何表面变化，而市售同规格的钢芯铝绞线的表面出现大量白色腐蚀产物，将其拆开后，内部铝绞线和钢芯都遭受严重腐蚀。继续进行32h盐雾实验，本实施例的钢芯铝绞线仍保持光亮状态，而市售同规格的钢芯铝绞线表面全部是腐蚀产物，超声振荡清洗后，市售同规格的钢芯铝绞线已完全失去铰接，呈完全分散状态。当盐雾实验达到240h时，本实施例的钢芯铝绞线表面出现腐蚀小孔，但盐和水在内部铝绞线和钢芯表面基本不粘附，仍可大大延长其使用寿命。
[0029]将本实施例制得的表面镀有N1-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线和市售同规格的钢芯铝绞线先进行振动，再进行盐雾实验，本实施例钢芯铝绞线的表面在196h时出现锈蚀点，且镀层与基体有些分离，而市售同规格的钢芯铝绞的表面在8h后就出现锈蚀点，将其拆开后发现内部也锈蚀了。
[0030]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，其特征在于:将钢芯铝绞线的内部钢芯经除油、喷砂或喷丸、化学镀层后，与铝绞线铰接成钢芯铝绞线，再经除油、喷砂或喷丸、化学镀层、水洗烘干制得所述钢芯铝绞线。
2.根据权利要求1所述表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，其特征在于:除油是用沸腾的NaOH溶液处理5min ;所述NaOH溶液的质量分数为10%。
3.根据权利要求1所述表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，其特征在于:化学镀层所用镀液的原料配方包括:硫酸镍25-30 g/L、次亚磷酸钠25-36 g/L、植酸10-25 g/L、柠檬酸 15 8/1、乳酸251111/1;镀液的？!1值为4.5-5.0。
4.根据权利要求1所述表面含N1-P-植酸非晶镀层的高耐蚀自洁钢芯铝绞线，其特征在于:化学镀层的反应温度为80-90°C，搅拌反应2h ;镀层厚度为10-30 μ m。
【文档编号】B32B15/02GK104149412SQ201410399485
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】邵艳群, 贺冲, 杨九霄, 伊昭宇, 林德源, 陈云翔 申请人:福州大学