一种减轻耐候钢锈液流挂的稳定液及喷涂方法与流程

本发明涉及输电线路工程领域，并且更具体地，涉及一种减轻耐候钢锈液流挂的稳定液及喷涂方法。

背景技术：

耐候钢作为具有良好抗大气腐蚀性能的低合金高效钢材，一直是钢种开发与腐蚀研究的热点，其耐蚀性依赖于使用初期在表面形成的致密性稳定化锈层。耐候钢在应用方面最为常见的使用方式是裸露使用。然而，耐候钢在自然环境中要完成锈层的稳定化严重污染周围环境并影响外观。特别是在含有Cl-离子的海洋大气环境中，保护性的α-FeOOH锈层难于形成，Cl-离子和H₂O易于渗透锈层而使钢基体进一步发生腐蚀。因此，除裸露用外，比较有前景的是锈层稳定化处理后进行使用，例如，日本的耐候性膜处理、氧化涂层处理、N处理技术等已应用于生产。近年来，我国各类大型工程建设需要相当长的时间，在形成稳定化锈层之前，常常出现早期锈液流挂与飞散的现象会释放有害气体，危害人的健康。而且，我国目前还没有有效的办法来减少大型工程中耐候钢锈液流挂现象。同时，国外的几种方法如上述的耐候性膜处理、氧化涂层处理和N处理技术等，存在的主要问题是成本高、工艺复杂，且稳定化的时间较长，基本在1年以上。

本发明目的在于研发一种减轻输电杆塔耐候钢锈液流挂的表面喷涂方法，其主要涉及到配置一种溶液，该溶液对耐候钢的表面进行加速腐蚀化学反应，处理后的耐候钢，在腐蚀前期，锈液流挂频率及流挂的含量均有减少的现象，研发后的稳定液在输电杆塔用耐候钢涂刷应用后，具有明显的经济效益和环境保护作用。

技术实现要素：

为解决上述耐候钢的锈液流挂问题，本发明提出了一种减轻耐候钢锈液流挂的稳定液及喷涂方法。

根据本发明的一个方面，提出一种减轻耐候钢锈液流挂的稳定液，其特征在于所述稳定液由0.1％～3％的NaCl、0.3％～3％的FeSO₄、0.1％～3％的CuSO₄、0.2％～4％的AlCl₃、0.1％～1％的MnCl₂和0.3％～3％的Na₂SO₄与水混合搅拌而成。

根据本发明的另一方面，提出一种减轻耐候钢锈液流挂的稳定液的喷涂方法，包括：

步骤1，除去耐候钢表面氧化铁皮；

步骤2，配置稳定液，所述稳定液的成分为0.1％～3％的NaCl、0.3％～3％的FeSO₄、0.1％～3％的CuSO₄、0.2％～4％的AlCl₃、0.1％～1％的MnCl₂和0.3％～3％的Na₂SO₄与水；以及

步骤3，将配置好的稳定液注入喷雾器，使用喷雾器在裸露的钢材表面喷涂预定时间长度；以及

步骤4，在喷涂所述稳定液后，将喷涂后耐候钢自然干燥。

优选地，步骤3中所述预定时间长度为5-10s。

优选地，重复执行步骤3和步骤4两次或三次。

优选地，步骤1中除去耐候钢表面氧化铁皮的方法为喷砂。

优选地，喷涂完毕后，在喷涂的底部采用吸干材料将多余的稳定液吸干。

本发明的优点在于：所述稳定液的发明成本较低，且溶液中NaCl、FeSO₄、CuSO₄、AlCl₃和MnCl₂均为常见化学试剂，对大气环境和土壤均无污染，且本发明所需设备简单，操作方便，喷涂处理时间较短，适合大规模喷涂，与此同时，利用本发明处理过的耐候钢在特高压输电线路工程中可以有效减少污染的排放，对减少经济成本和杆塔的维修成本有不可估量的作用。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为一种减轻耐候钢锈液流挂的稳定液的喷涂方法的方法流程图；

图2为周期浸润实验的优选实验条件；

图3为裸露耐候钢以及表面喷涂稳定液后的耐候钢在周浸环境下的失重变化规律示意图；

图4为裸露耐候钢以及表面喷涂后的耐候钢在周浸环境下的腐蚀速率示意图；

图5为室外挂片验证中耐候钢电化学实验的模拟电路图；

图6为室外挂片验证中北京良乡地区输电铁塔锈层电阻变化图；

图7为室外挂片验证中平潭地区输电铁塔锈层电阻变化图；以及

图8为室外挂片验证中四个不同地方输电铁塔锈层XRD成分检测统计结果示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为减轻耐候钢锈液流挂的稳定液的喷涂方法的方法流程图。如图1所示，减轻耐候钢锈液流挂的稳定液的喷涂方法从步骤101开始，在步骤101中，首先出去耐候钢表面的氧化铁皮。优选地，除去耐候钢表面的氧化铁皮的方法可以为喷砂，但不仅限于上述方法，在不破坏耐候钢化学结构的前提下，其他可以去除金属表面氧化层的方法均可。

优选地，在步骤102中，进行稳定液的配置。优选地，所述稳定液的成分为0.1％～3％的NaCl、0.3％～3％的FeSO₄、0.1％～3％的CuSO₄、0.2％～4％的AlCl₃、0.1％～1％的MnCl₂和0.3％～3％的Na₂SO₄与水。优选地，可以根据实际情况确定所需稳定液的量以及溶液中各成分在溶液中所占的百分比。

优选地，在步骤103中，将配置好的稳定液注入喷雾器，并使用喷雾器在裸露的耐候钢表面喷涂稳定液预定时间长度。优选地，在进行喷涂操作时，可根据实际情况确定喷涂时间，本发明中所述的预定时间长度为5-10s。

优选地，步骤104中，在裸露的耐候钢表面进行喷涂稳定液后，将喷涂后的耐候钢自然干燥。

优选地，重复进行步骤103和步骤104，并根据实际情况确定重复喷涂的次数。在本发明中，优选的喷涂次数为两次或三次。

优选地，喷涂完毕后，在喷涂的底部用吸干材料将多余的稳定液吸干。

图2为周期浸润实验的优选实验条件。为验证喷涂稳定液后的实际效果，对两种不同型号的耐候钢09CuPCrNi和SQNH 420进行周期浸润实验。首先对两种耐候钢进行线切割，切割的尺寸规格为：50mm×50mm×3mm，用丙酮先对耐候钢表面进行除油，随后采用无水乙醇清洗干净并吹干；然后配置5000ml的稳定液，并将配置好后的耐候钢处理液，采用喷雾的方式对耐候钢片进行喷淋，待样品表面干燥后，重复喷淋处理液2～3次，等喷淋干燥后，用清水对耐候钢表面进行喷淋，除去浮锈；最后对表面未处理和表面处理后的耐候钢进行室内加速腐蚀实验，其实验条件为：实验温度为45±2℃、实验湿度为70±5％RH、腐蚀溶液的组成为5％NaCl+0.2％Na₂S2O₈、实验的循环周期为，每一循环周期60±3分钟，其中浸润时间12±1.5分钟以及实验时间分别为3天、6天、9天和12天。

图3为裸露耐候钢以及表面喷涂稳定液后的耐候钢在周浸环境下的失重变化规律示意图。对于09CuPCrNi和SQNH 420，总体来说，经表面预喷涂后，其总增重量比裸露状态有增加，表面腐蚀量增加主要是因为稳定处理液在前期，会加速耐候钢腐蚀，促进耐候钢表面锈层生成，经过稳定液处理后的腐蚀试样，其外观锈蚀颜色均匀一致。在室内腐蚀3～9天时，09CuPCrNi和SQNH 420经稳定液处理后，其腐蚀增量均有增加，但是在室内腐蚀12天时，SQNH 420，表面喷涂后，其总失重量明显大于裸露状态的，而09CuPCrNi的腐蚀量有减少，表明09CuPCrNi表面的稳定锈层生成时间比SQNH 420快。

图4为裸露耐候钢以及表面喷涂后的耐候钢在周浸环境下的腐蚀速率示意图。由图4可知，在腐蚀前期(3～6天)，SQNH 420稳定液处理后的腐蚀速率大于未处理的，09CuPCrNi稳定液处理后的腐蚀速率则是先增加后减少；在腐蚀中后期(9～12天)，SQNH 420稳定液处理后的腐蚀速率基本上和原始裸露的耐候钢保持一致，说明耐候钢稳定液的处理效果较为理想。09CuPCrNi稳定液处理后的腐蚀速率在9天时明显高于未处理，在12天时，明显低于未处理的，说明了稳定液对于09CuPCrNi的处理效果优于SQNH 420钢。经过室内加速腐蚀的数据分析表明，经稳定液处理后的耐候钢，在腐蚀前中期，会加速腐蚀量，使耐候钢表面腐蚀均匀一致，在腐蚀后期，稳定液处理后的耐候钢腐蚀速率低于未处理的。

大气暴晒实验是研究钢铁材料大气环境腐蚀最直接的方法，大气暴晒最直接的优点是能够反映钢大气环境腐蚀的实际情况，得到的实验数据具有可靠性和直观性，可以直接用来估算钢材在自然环境下的使用寿命，为设计寿命，合理选材和制定产品的防护标准提供参考依据。为了验证该稳定液的实际效果，将稳定液处理后的角钢搭建成电力塔架，且电力塔架分为稳定液处理过和稳定液未处理过两种类型，放置在良乡和平潭两地，进行大气暴晒实验，大气暴晒时间为3～15个月。

图5为室外挂片验证中耐候钢电化学实验的模拟电路图。在室外挂片验证中，利用交流阻抗测试和极化曲线测试对不同的耐候钢样本进行测量。首先对带锈耐候钢样本进行切割取样，然后将取样后的样本进行交流阻抗测试和极化曲线测试，最后利用ZSimpwin软件进行数据拟合得到样本的电阻变化图。优选地，交流阻抗测试在0.5％NaCl的水溶液中进行，实验采用三电极体系，带锈耐候钢样本为工作电极、铂片作为对电极以及饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，测量频率为10^-2～10⁶Hz。交流阻抗测试的实验原理电路图如图5所示，其中Rs为电解液的电阻；Rr为锈层电阻；Cr为锈层与体系溶液构成的电容；Cd为钢基体与深入锈层的电解液构成的电容；Rt为钢基体溶解反应的电荷传递电阻；Rw为Warburg阻抗。优选地，极化曲线测试在与交流阻抗测试相同的实验条件下进行测试，其中实验中扫描速度为5mV·min-1。

室外挂片验证中，通过交流阻抗测试得出北京良乡地区输电塔锈层的电阻变化图如图6。由图6可知，随着暴晒时间的增加，良乡地区塔架不同位置锈层电阻均不断增加，在暴晒初期(3～9个月)，顶部和底部处理过的电阻在不同暴晒时间均大于未处理的，在暴晒后期(15个月)，顶部处理过电阻大于未处理的，底部处理过电阻稍小于未处理的。具体表现在顶部处理过的锈层电阻分别为3.3Ω(3个月)、11Ω(6个月)、10.8Ω(9个月)和34Ω(15个月)，而顶部未处理的则分别为3.5Ω(3个月)、7Ω(6个月)、7.3Ω(9个月)和11Ω(15个月)。由此可知，处理过的锈层电阻明显大于未处理过的，平均锈层电阻(3～15个月)提高了约51％，顶部经稳定液处理后，效果较为明显。底部在前期处理过的电阻大于未处理的，但在后期，未处理的锈层电阻稍大于处理过的，这种反常现象主要是不同位置取样和实验误差造成的，总的来说，底部处理过的锈层平均电阻高于未处理过的，平均锈层电阻提高了约2％，两者基本差别不大。

室外挂片验证中，通过交流阻抗测试得出福建平潭地区输电塔锈层的电阻变化图如图7。由图7可知，随着暴晒时间的增加，锈层电阻基本上逐渐增加，在6个月时，锈层电阻最高，顶部处理过和底部未处理过的锈层电阻达25Ω。顶部位置，在暴晒前期(3～9个月)，顶部处理过的锈层电阻和未处理电阻相差较小，但在后期(15个月)，顶部处理过锈层电阻明显大于未处理的，差别较大。而底部处理和未处理的锈层电阻在暴晒期间，相差均不大。总的来说，综合顶部和底部锈层电阻变化情况，在平潭地区，因为靠近南方海洋环境，Cl^-1浓度较高，稳定锈层不易形成。从电阻变化来看，稳定液喷涂处理后的效果好于未喷涂处理的。

图8为室外挂片验证中四个不同地方输电铁塔锈层XRD成分检测统计结果示意图。为了准确分析锈层中锈层物相的组成成分，用以分析稳定液对稳定锈层形成的作用，对良乡和平潭地区输电铁塔锈层进行XRD成分检测，检测结果如图8所示。由图8可知，不同地区锈层电阻组成成分一致，均由α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe₃O₄和无定形化合物组成。其中α-FeOOH为稳定锈层的主要成分，通常采用α/γ*＝α-FeOOH/γ-FeOOH表示稳定锈层的稳定程度，从图8中可知，良乡和平潭地区暴晒15个月后，稳定液喷涂处理后的锈层稳定程度明显高于未喷涂处理的，良乡喷涂的锈层α/γ*为0.36，未喷涂锈层α/γ*为0.25，平潭喷涂的锈层α/γ*为0.60，未喷涂的锈层α/γ*为0.36，综上所述，稳定液处理后有利于耐候钢稳定锈层的生成。

通过周期浸润实验和室外挂片实验进行实际喷涂效果的验证，说明了本发明在实际应用中能达到比较好的减轻耐候钢锈液流挂现象，且制造成本低，溶液中NaCl、FeSO₄、CuSO₄、AlCl₃和MnCl₂均为常见化学试剂，对大气环境和土壤均无污染，与此同时，本发明所需设备简单，操作方便，喷涂处理时间较短，适合大规模喷涂，最重要的是，利用本发明处理过的耐候钢在特高压输电线路工程中可以有效减少污染的排放，对减少经济成本和杆塔的维修成本有不可估量的作用。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。