一種表面鍍有高耐蝕Ni-P非晶塗層的鋼芯鋁絞線的製作方法
2023-09-16 23:11:30 1
一種表面鍍有高耐蝕Ni-P非晶塗層的鋼芯鋁絞線的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種表面鍍有高耐蝕Ni-P非晶塗層的鋼芯鋁絞線，製備方法包括以下步驟：鋼芯鋁絞線除油、噴砂或噴丸、化學鍍Ni-P非晶塗層。該鋼芯鋁絞線表面整體經化學鍍Ni-P非晶塗層後，可以獲得表面緻密的耐蝕保護層。製造工藝技術簡單，經NaOH去油除鏽和噴丸或噴砂處理後即可進行化學鍍，不需要二次浸鋅工藝。可以根據需要配置不同的化學鍍液，獲得不同耐蝕性的產品。通過在鍍液中增加PTFE，可以提高鋼芯鋁絞線的耐蝕性。
【專利說明】—種表面鍍有高耐蝕N1-P非晶塗層的鋼芯鋁絞線
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種表面鍍有高耐蝕N1-P非晶塗層的鋼芯鋁絞線。
【背景技術】
[0002]鋼芯鋁絞線是由心部的鍍鋅鋼絲或鍍鋅鋼絲鉸接成的鋼芯，外面由一層或幾層鉸接的鋁絞線組成。鋁絞線使用的鋁純度很高，根據國標GB1179-2008，鋁股線中含矽不大於
0.13%、鐵不大於0.16%、矽加鐵不大於0.26%、鈦釩錳鉻之和不大於0.01%，表面會形成一層緻密的鈍化膜，並且與鋁基體結合非常牢固，就是因為這層天然的氧化膜，使鋁及其合金在常規的環境中性能穩定，不容易腐蝕。鋼芯鋁絞線一方面在風、冰凍以及其他惡劣環境因素影響下會擺晃，產生微動磨損和微動疲勞；另一方面在大氣中受水分、化學氣體、塵埃和鹽類物質等侵蝕性介質的作用發生腐蝕，導致導線明顯變脆，抗拉強度大幅降低，從而影響輸電效果，更嚴重的會發生斷裂，造成嚴重的事故。為了保證輸電線路能安全穩定的運送電流，有必要採取一定的防護措施，來減少事故的發生，因而，需要進行導線耐腐蝕塗層的研究。目前用來改善鋼芯鋁絞線表面狀況的塗料存在以下的問題:塗料抗老化性能差，相對於鋼芯鋁絞線30-40年的使用壽命，一般塗料在外界的光、水分等環境條件作用下使用壽命為3-5年。與導線本體使用壽命相比很短，使得使用塗料來改善導線表面狀況，進而提高導線使用壽命的這一技術路徑受到很大的限制。在沿海一帶，鋼芯鋁絞線的壽命更低，福建省某海島上一 35KV鋼芯鋁絞線僅使用5年就出現斷線斷股，這可能與海島上潮溼的海洋大氣和常年4級以上的風以及夏秋季的多颱風有關，導致潮的大氣腐蝕、小孔腐蝕和應力腐蝕。值得一提的是，從失效導線每層的腐蝕情況看，內層鋁股線的腐蝕比外層鋁股線的腐蝕更為嚴重，這可能還與表層鋁股線的縫隙有關，使腐蝕介質通過表層進入內層表面，內層表面的腐蝕產物無法從縫隙排出，產生更大的應力集中，腐蝕更嚴重。因此對於鋼芯鋁絞線，必須在表面產生一層耐風動的結合力良好的耐蝕層，減少腐蝕介質侵入內層鋁股線。
[0003]化學鍍是一種在無外加電流的狀態下，利用鍍液中的還原劑在活化工件表面上自催化還原沉積，從而得到鍍層的方法。N1-P化學鍍是以次磷酸鹽為還原劑將鍍液中的鎳離子還原成金屬鎳，沉積到零件表面上，直至達到所需要的厚度，將零件取出，反應就會停止。化學鍍鎳的同時，磷酸鹽本身也會被還原，共同沉積到金屬零件的表面上，所得鍍層為鎳磷二元合金。通過調整P的含量，就可以獲得不同物相的N1-P鍍層。一般對於二元N1-P，P含量超過8%就可以獲得非晶鍍層。化學鍍操作方便、工藝簡單，化學鍍鎳可以使鋁及鋁合金的耐蝕性和耐磨性有較大程度地提高，並且不受形狀的限制，是鋁及鋁合金表面處理方法中成本較低且最有前景的工藝方法。
[0004] 20世紀70年代末，鋁及其合金化學鍍鎳在技術上己經有了突破，並且取得了廣泛應用。在該技術中，最重要的是有了比較可靠的、重複性好的前處理技術。到目前為止二次浸鋅工藝(又稱鋅酸鹽處理)仍被認為適用於大多數鋁及鋁合金的最可靠技術。但鋁表面緻密的氧化膜上不能獲得結合良好的金屬鍍層。為了能夠得到結合性良好的金屬鍍層，必須先除掉這層氧化膜，並保證在金屬鍍層鍍上之前不重新生成。這是鋁及其合金前處理的關鍵。
[0005]目前成熟可靠的鋁及鋁合金前處理工藝為二次浸鋅工藝，其化學鍍鎳磷合金的工藝流程為:預鍍件一除油一水洗一鹼洗一水洗一酸洗一水洗一浸鋅一水洗一退鋅一水洗一二次浸鋅一水洗一鹼性化學預鍍鎳一水洗一酸性化學鍍鎳。二次浸鋅工藝無疑增加了生產成本。
[0006]化學鍍N1-P非晶塗層的方式很多，配方也很多，既有二元的N1-P，也可以增加Co，W，Al，SiC甚至PTFE等改善其耐蝕性和機械性能。
[0007]化學複合鍍N1-P-PTFE (聚四氟乙烯)是將PTFE顆粒分散於N1-P鍍層中。由於PTFE微粒的化學穩定性好，摩擦係數極低(僅為0.05)，表面能也低且具有不粘性等特點，因而N1-P-PTFE鍍層在機械、紡織、化工等許多工業部門得到廣泛應用。複合鍍液中添加陽離子型表面活性劑可使PTFE粒子帶正電荷，在靜電吸附下能使更多的PTFE粒子沉積在金屬表面，則鍍層中複合粒子含量會增加。採用FC4和非離子FClO表面活性劑混合可獲得粒子分布均勻而且含量較高的複合鍍層。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於提供一種表面鍍有高耐蝕N1-P非晶塗層的鋼芯鋁絞線，在經噴砂或噴丸處理的鋼芯鋁絞線表面採用化學鍍技術增加含N1-P非晶塗層，所製備的鋁絞線可以達到很好的耐蝕效果，整個操作過程簡單。
[0009]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法包括以下步驟:鋼芯鋁絞線除油、噴砂或噴丸、化學鍍N1-P非晶塗層。所述的N1-P非晶塗層的厚度〈2 μ m。
[0010]具體步驟如下:
(1)將鋼芯鋁絞線在沸騰的NaOH溶液中處理5分鐘，除油及其表面的緻密氧化物；
(2)水洗、烘乾;
(3)用石英砂對鋼芯鋁絞線表面進行噴砂處理；
(4)化學鍍含有N1-P的非晶塗層；
(5)水洗，烘乾。
[0011]所述的鋼芯鋁絞線是由26股直徑為2.4mm的鋁線和中心7股直徑為2mm的鍍鋅鋼線絞制而成；鋁線分2層纏繞，外層16股、內層10股。
[0012]所述的NaOH溶液的質量分數為10%。
[0013]化學鍍N1-P非晶塗層的鍍液配方:硫酸鎳30g/L、次亞磷酸鈉36g/L、檸檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化鈉lg/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L ;化學鍍溫度為8(T90°C，pH=5.0，施鍍時間為2h。
[0014]化學鍍N1-P-PTFE非晶塗層的鍍液配方:硫酸鎳25g/L、次亞磷酸鈉25g/L、檸檬酸15g/L、乳酸25ml/L、碘酸鉀0.05mg/L、二烷基苯磺酸鈉0.05mg/L、PTFE粒子5~8g/L ;化學鍍溫度為8(T90°C，pH=4.5~5.0，施鍍時間為2h。
[0015]本發明的顯著優點在於:在經噴砂或噴丸處理的鋼芯鋁絞線表面採用化學鍍技術增加含N1-P非晶塗層，該鍍層不僅耐蝕耐候性能優異，而且保持鋼芯鋁絞線的力學性能和電學性能不變，更重要的是具有非晶塗層的鋼芯鋁絞線在強振動後能保持良好的耐蝕性，表面鋁絞線不出現縫隙。
本發明解決了鋼芯鋁絞線表面不能長期有效的耐腐蝕問題，解決了架空鋁絞線的鋁股線因小孔腐蝕、潮的大氣腐蝕、應力腐蝕和電偶腐蝕而導致的鋼芯鋁絞線力學性能和電學性能下降的問題。該鋼芯鋁絞線表面整體經化學鍍N1-P非晶塗層後，可以獲得表面緻密的耐蝕保護層。製造工藝技術簡單，經NaOH去油除鏽和噴丸或噴砂處理後即可進行化學鍍，不需要二次浸鋅工藝。可以根據需要配置不同的化學鍍液，獲得不同耐蝕性的產品。通過在鍍液中增加PTFE，可以提高耐蝕性。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
1、鋼芯鋁絞線由26股直徑為2.4mm的鋁股線和中心7股直徑為2_的鍍鋅鋼線絞制而成；招線分2層纏繞，外層16股、內層10股線，經沸騰的質量分數為10%的NaOH溶液處理5分鐘去油和去除表面的緻密氧化物，水洗烘乾；
2、用石英砂對其表面進行噴砂處理，主要目的是去除表面氧化物，並增加鋁的抗疲勞?生倉泛;
3、化學鍍含有N1-P的非晶塗層。最常用:硫酸鎳(30g/L)、次亞磷酸鈉(36g/L)、檸檬酸(15g/L)、乳酸(25ml/L)、氟化鈉(lg/L)、丁二酸(5g/L)、丙酸(5ml/L)，溫度 85。。，pH 控制在5，施鍍211。
[0017]4、τΚ洗，烘乾，備用。
[0018]檢測:
將表面化學鍍N1-P非晶鍍層的鋼芯鋁絞線和市售同規格的鋼芯鋁絞線分別模擬沿海工業區(3%的NaCl+3% NaHSO3)、工業區(3% NaHSO3)、沿海地區(3%的NaCl溶液)和農村地區(H2O)等氣候條件進行浸潰腐蝕，對塗層的表面進行顯微分析。浸泡時間48h，表面化學鍍N1-P非晶鍍層的鋼芯鋁絞線表面未出現變化，市售同規格的鋼芯鋁絞線在沿海工業區(3%的NaCl+3% NaHSO3)、工業區(3% NaHSO3)中的腐蝕非常嚴重，在沿海地區(3%的NaCl溶液)也出現腐蝕，在農村地區(H2O)腐蝕較輕些，表面出現白色粉末。拆開鋼芯鋁絞線，內層鋼芯也經受腐蝕，鏽跡斑斑。當浸泡時間達到96h後，表面化學鍍N1-P非晶鍍層的鋼芯鋁絞線在沿海工業區(3%的NaCl+3% NaHSO3)、工業區(3% NaHSO3)中，開始出現氣泡，隨著時間的延長，氣泡越來越多。12h後取出，N1-P非晶鍍層有裂紋出現，部分裂紋處可見鋁。拆開鋼芯鋁絞線，整個鋼芯鋁絞線都是潮溼的，說明腐蝕液已通過裂紋進入了內部，失去了 N1-P-植酸非晶鍍層的保護能力。
[0019]鹽水噴霧試驗條件:NaCl溶液(濃度50±5 g/L)，溫度為35±2°C，pH為
3.1-3.3， 採用間歇操作，間隔時間為8 h，試驗時間為32 h。表面化學鍍N1-P非晶鍍層的鋼芯鋁絞線未出現任何表面變化，而市售同規格的鋼芯鋁絞線的表面出現大量白色腐蝕產物，把後者拆開，鋁絞線和鋼芯都遭受嚴重腐蝕。繼續進行鹽霧實驗32h，表面化學鍍N1-P非晶鍍層的鋼芯鋁絞線開始出現一些小孔，而市售同規格的鋼芯鋁絞線的表面出現大量白色腐蝕產物。把兩者拆開，前者的鋁絞線表面開始有極少量的小孔，鋼芯無變化，而後者鋁絞線和鋼芯都遭受嚴重腐蝕，鋁絞線的腐蝕產物成片成片從鋁絞線上掉落。
[0020]實施例21、鋼芯鋁絞線由26股直徑為2.4mm的鋁股線和中心7股直徑為2_的鍍鋅鋼線絞制而成；招線分2層纏繞，外層16股、內層10股線，經沸騰的質量分數為10%的NaOH溶液處理5分鐘去油和去除表面的緻密氧化物，水洗烘乾；
2、用石英砂對其表面進行噴砂處理，主要目的是去除表面氧化物，並增加鋁的抗疲勞?生倉泛;
3、化學鍍N1-P-PTFE的非晶塗層。最常用:硫酸鎳(25g/L)、次亞磷酸鈉(25g/L)、檸檬酸(15g/L)、乳酸(25ml/L)、碘酸鉀(0.05mg/L)、二烷基苯磺酸鈉(0.05mg/L)、PTFE粒子(6g/L)，溫度85 °C，pH控制在4.5，攪拌施鍍2h。
[0021]4、τΚ洗，烘乾，備用。
[0022]檢測:
將表面化學鍍N1-P-PTFE非晶鍍層的鋼芯鋁絞線和市售同規格的鋼芯鋁絞線分別模擬沿海工業區(3%的NaCl+3% NaHSO3)、工業區(3% NaHSO3)、沿海地區(3%的NaCl溶液)和農村地區(H2O)等氣候條件進行浸潰腐蝕，對塗層的表面進行顯微分析。浸泡時間48h，表面化學鍍N1-P-PTFE非晶鍍層的鋼芯鋁絞線表面未出現變化，市售同規格的鋼芯鋁絞線在沿海工業區(3%的NaCl+3% NaHSO3)、工業區(3% NaHSO3)中的腐蝕非常嚴重，在沿海地區(3%的NaCl溶液)也出現腐蝕，在農村地區(H2O)腐蝕較輕些，表面出現白色粉末。拆開後者鋼芯鋁絞線，內層鋼芯也經受腐蝕，鏽跡斑斑。當浸泡時間達到96h後，表面化學鍍N1-P-PTFE非晶鍍層的鋼芯鋁絞線無明顯變化.當浸泡時間達到120h後，表面化學鍍N1-P-PTFE非晶鍍層的鋼芯鋁絞線在沿海工業區(3%的NaCl+3% NaHSO3)、工業區(3% NaHSO3)中，開始出現氣泡，隨著時間的延長，氣泡越來越多。拆開鋼芯鋁絞線，整個鋼芯鋁絞線都是潮溼的，說明腐蝕液已通過裂紋進入了內部，失去了 N1-P-植酸非晶鍍層的保護能力。
[0023]鹽水噴霧試驗條件:NaCl溶液(濃度50±5 g/L)，溫度為35±2°C，pH為
3.1-3.3，採用間歇操作，間隔時間為8 h，試驗時間為32 h。表面化學鍍N1-P非晶鍍層的鋼芯鋁絞線未出現任何表面變化，而市售同規格的鋼芯鋁絞線的表面出現大量白色腐蝕產物，把後者拆開，鋁絞線和鋼芯都遭受嚴重腐蝕。繼續進行鹽霧實驗32h，表面化學鍍N1-P-PTFE非晶鍍層的鋼芯鋁絞線幾乎無變化，而市售同規格的鋼芯鋁絞線的表面出現大量白色腐蝕產物。後者鋁絞線和鋼芯都遭受嚴重腐蝕，鋁絞線的腐蝕產物成片成片從鋁絞線上掉落。繼續進行鹽霧實驗16h，表面化學鍍N1-P-PTFE非晶鍍層的鋼芯鋁絞線開始出現一些小孔。鋼芯無變化。說明腐蝕介質還未到達鋼芯鋁絞線內部。
[0024]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法，其特徵在於:包括以下步驟:鋼芯鋁絞線除油、噴砂或噴丸、化學鍍N1-P非晶塗層。
2.根據權利要求1所述的在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法，其特徵在於:所述的N1-P非晶塗層的厚度〈2 μ m。
3.根據權利要求1所述的在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法，其特徵在於:具體步驟如下: (1)將鋼芯鋁絞線在沸騰的NaOH溶液中處理5分鐘，除油及其表面的緻密氧化物； (2)水洗、烘乾； (3)用石英砂對鋼芯鋁絞線表面進行噴砂處理； (4)化學鍍含有N1-P的非晶塗層； (5)水洗，烘乾。
4.根據權利要求3所述的在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法，其特徵在於:所述的鋼芯鋁絞線是外層鋁股線和中心鍍鋅鋼芯絞制而成；鋁股線為單層或多層。
5.根據權利要求3所述的在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法，其特徵在於:所述的NaOH溶液的質量分數為10%。
6.根據權利要求3所述的在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法，其特徵在於:化學鍍N1-P非晶塗層的鍍液配方:硫酸鎳30g/L、次亞磷酸鈉36g/L、檸檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化鈉lg/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L ;化學鍍溫度為8(T90°C，pH=5.0，施鍍時間為2h。
7.根據權利要求3所述的在鋼芯鋁絞線表面鍍上高耐蝕N1-P非晶塗層的方法，其特徵在於:化學鍍N1-P-PTFE非晶塗層的鍍液配方:硫酸鎳25g/L、次亞磷酸鈉25g/L、檸檬酸15g/L、乳酸25ml/L、碘酸鉀0.05mg/L、二烷基苯磺酸鈉0.05mg/L、PTFE粒子5~8g/L ;化學鍍溫度為8(T90°C，pH=4.5~5.0，施鍍時間為2h。
8.—種如權利要求1所述的方法製得的表面鍍有高耐蝕N1-P非晶塗層的鋼芯鋁絞線。
【文檔編號】H01B7/28GK104131273SQ201410397701
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】洪毅成, 林德源, 陳雲翔, 邵豔群, 張明芳, 江祖瑄 申請人:國家電網公司, 國網福建省電力有限公司, 國網福建省電力有限公司電力科學研究院