一種自制防銹漆用于接地網(wǎng)電偶的防腐研究

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(1.國(guó)家電網(wǎng) 陜西省電力科學(xué)研究院 ，陜西 西安 710100 ； 2.淮南師范學(xué)院 低溫共燒材料 安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ， 安徽 淮南 232038)

一種自制防銹漆用于接地網(wǎng)電偶的防腐研究

丁德1，林彬2，劉磊1，田冬2*，雒晨1，盧肖永2

(1.國(guó)家電網(wǎng)陜西省電力科學(xué)研究院，陜西西安710100 ； 2.淮南師范學(xué)院低溫共燒材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽淮南232038)

以環(huán)氧樹脂和多聚磷酸鋁為主要試劑研制了一種新型親水性環(huán)保底漆，具有防銹除銹的功能，同時(shí)還可以阻燃防火。將這種新型底漆用于直流輸電工程的接地網(wǎng)電偶進(jìn)行腐蝕防護(hù)研究，結(jié)果表明該新型防腐涂料具有施工簡(jiǎn)單、附著力強(qiáng)、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，能有效地防護(hù)接地網(wǎng)中電偶的化學(xué)、電化學(xué)和酸性土壤的腐蝕，顯著延長(zhǎng)鋼鐵材料接地網(wǎng)電偶的使用壽命。

防銹底漆 ； 接地網(wǎng)電偶 ； 腐蝕 ； 防護(hù)

Abstract:Hydrophilic environmental protection primer is synthesized using epoxy resin and poly aluminum phosphate as raw materials,and exhibited a preferable corrosion protection and flame-retardant capability.This new primer is applied to the research of corrosion protection of grounding grids in DC transmission.The results show that this new anticorrosion painting has advantages of simple construction,strong adhesion,high temperature resistance,can be used to protect the couple of ground mat from corrosion caused by chemistry,electrochemistry and acid soil,and can prolong service life of the grounding grid galvanic of steel material.

Keywords:antirust primer ; grounding grid galvanic ; corrosion ; protection

0 引言

接地網(wǎng)的電偶腐蝕是引起直流輸電工程中壽命和安全的重要因素，接地網(wǎng)電偶的腐蝕防護(hù)是輸電工程中所急需解決的問題，每年的接地網(wǎng)電偶防腐都耗費(fèi)巨額經(jīng)費(fèi)[1]。引起接地網(wǎng)電偶腐蝕的因素有很多，但主要是以下幾種：①化學(xué)腐蝕，電偶材料與環(huán)境中的酸性、氧化物、還原性等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了不穩(wěn)定的產(chǎn)物；②電化學(xué)腐蝕，接地網(wǎng)電偶金屬和雜質(zhì)構(gòu)成了原電池，形成了化學(xué)電流，引起的電偶材料的消耗；③環(huán)境土壤腐蝕，由于土壤酸堿特性或含有的微生物，引起電偶材料腐蝕[2-3]。針對(duì)上述的各種腐蝕類型，目前在腐蝕防護(hù)上也做許多重要的研究：①研發(fā)電偶新材料來防腐，目前接地網(wǎng)電偶材料主要有鋼材、鍍鋅鋼、銅材、銅包鋼、鋁及鋁合金等幾種，其中鋼材的特點(diǎn)是廉價(jià)易得，但是容易受到腐蝕，壽命短。鍍鋅鋼鐵的壽命能達(dá)到7～13年，接地網(wǎng)的耐蝕性能與鍍鋅層厚度有關(guān)，耐土壤腐蝕性能遠(yuǎn)不及耐大氣腐蝕，土壤中有氯離子時(shí)尤為突出。純銅接地網(wǎng)本身具有耐酸腐蝕性能，但是很容易產(chǎn)生氧化，氧化亞銅和氧化銅等氧化產(chǎn)物電阻大，很容易導(dǎo)致斷路；另外，銅材價(jià)格昂貴和銅離子嚴(yán)重污染環(huán)境。采用鍍銅和銅包鋼接地網(wǎng)可以提高耐蝕性，缺點(diǎn)是容易氧化，一旦裸露鋼鐵基體很容易發(fā)生電偶腐蝕，加速接地網(wǎng)失效。鋁材類接地網(wǎng)電偶的價(jià)格適中，使用壽命長(zhǎng)，但是容易受到含Cl-土壤或海水的腐蝕。②利用一些降阻劑來進(jìn)行腐蝕防護(hù)導(dǎo)電導(dǎo)熱涂料是伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)而迅速發(fā)展起來的特種功能涂料，至今約有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史，該類產(chǎn)品效果較好，時(shí)間也較長(zhǎng)，但是目前市場(chǎng)所銷售的降阻劑本身不環(huán)保。③利用離子接地電極，效果極好，使用時(shí)間也長(zhǎng)，但是價(jià)格極其昂貴，施工量也大。另外還有一些外加技術(shù)也用于電偶的腐蝕防護(hù)，如陰極保護(hù)法、外層保護(hù)法等，也取得了較好的效果[4-5]。

綜上所述，成本和壽命都對(duì)目前接地網(wǎng)電偶材料的腐蝕防護(hù)帶來了一定的影響，鋼鐵材料是主要的輸送電材料，也較價(jià)廉，因此提高普通鋼鐵材料的腐蝕防護(hù)有廣闊的市場(chǎng)空間和實(shí)際價(jià)值。以多聚磷酸鋁、多聚磷酸鋅和環(huán)氧樹脂為主要原料，制備了一種導(dǎo)電、防銹除銹的親水性環(huán)保涂料底漆，用于對(duì)鋼鐵導(dǎo)電網(wǎng)進(jìn)行防腐處理，以提高其耐蝕性，取得了較好的效果。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 涂料制備

1.1.1主要原料

丁醇、磷酸、乙醇(酒精)、多聚磷酸鋁、多聚磷酸鋅、增塑催干劑RNH、抗氧防銹劑RNAZ、樹脂粉PEF和3PEF、固化劑。以上各種原料購于上海國(guó)藥試劑集團(tuán)。

1.1.2涂料生產(chǎn)工藝路線

主要制備工藝路線如圖1所示。首先樹脂粉PEF和固化劑(20%)溶于一定量的乙醇中混合攪拌得到溶液A，另將3PEF樹脂粉和引發(fā)劑(0.3%)加入到適量的乙醇、丁醇混合溶液中，于65 ℃±5 ℃下進(jìn)行攪拌30～40 min，然后在混合溶液中加入0.5%的防銹劑和適量的水，繼續(xù)攪拌30～40 min得到溶液B。在乙醇溶液中加入20%的防銹劑和適量的水，混合攪拌后得到溶液C。

將上述溶液B加入溶液A中并混合攪拌，再將溶液C加入到混合溶液AB中，混合攪拌30～40 min。攪拌均勻之后過濾，出料，待檢測(cè)備用。

1.2 接地網(wǎng)電偶制備

針對(duì)直流輸電工程接地腐蝕規(guī)律和特點(diǎn)，以普通碳鋼為基體材料，經(jīng)過表面處理和涂料涂覆得到具有防腐性能的導(dǎo)電金屬接地網(wǎng)。首先用下料焊接成金屬接地網(wǎng)，去除焊渣、毛刺和對(duì)棱角進(jìn)行倒角處理。用乙醇洗去金屬網(wǎng)表面的油污，少量剩余油污不必處理，銹蝕嚴(yán)重部分需打磨除銹，銹層不厚部分可直接用涂料在涂覆過程中除銹，通過手動(dòng)或流延方式進(jìn)行涂覆，經(jīng)過2～3 h晾干得到涂覆了防銹底漆的基地網(wǎng)電偶，進(jìn)行性能表征。

1.3 材料檢測(cè)和表征

耐鹽實(shí)驗(yàn)在鹽霧箱中進(jìn)行；環(huán)保性檢測(cè)重金屬離子由ICP-AES光譜分析；有機(jī)化合物由石油和化學(xué)工業(yè)專用涂料顏料質(zhì)量檢測(cè)中心檢測(cè)；耐熱性、黏度和附著力檢測(cè)按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)；電偶材料表面元素分析利用美國(guó)EDAX儀分析(型號(hào)：FALCON)；電化學(xué)分析用德國(guó)IM6型電化學(xué)工作站進(jìn)行，測(cè)量暴露面積為1 cm2，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極采用10 cm2鉑電極。

圖1 防銹底漆的制備工藝路線圖

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽霧試驗(yàn)

在土壤或海水中鹽分容易電化學(xué)腐蝕時(shí)的電解質(zhì)，促進(jìn)金屬接地網(wǎng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，本文將防銹底漆涂覆與模擬接地網(wǎng)鋼材板上置于鹽霧箱中進(jìn)行了耐中性鹽霧實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過大約600 h鹽霧噴射腐蝕后，地板不生銹，無氣泡，漆膜表面無變化。此結(jié)果與前期委托國(guó)家涂料質(zhì)量檢驗(yàn)中進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果一致(檢測(cè)報(bào)告號(hào)：TW0118Y2)，說明防腐漆用于接地網(wǎng)電偶后有望在含鹽土壤或海水環(huán)境中使用。

2.2 環(huán)保性檢測(cè)

環(huán)境保護(hù)安全是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的重要指標(biāo)，表1是本防腐涂料的各種環(huán)保性指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，包括各種重金屬離子和含溴類有機(jī)化合物的檢測(cè)結(jié)果。從表1中可以看出，使用該中防銹底漆用于接地網(wǎng)電偶防護(hù)時(shí)Pb的含量為14 mg/kg，Cd的含量為8 mg/kg，都遠(yuǎn)低于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的1 000 mg/kg和100 mg/kg，樣品中未檢測(cè)出重金屬離子Hg和Cr6+，也沒有檢測(cè)出溴苯類有機(jī)化合物，結(jié)果表明該種類型的防銹腐蝕涂料是一種環(huán)保安全的涂料。

表1 防護(hù)底漆的部分毒害元素檢測(cè)

2.3 耐熱及附著強(qiáng)度檢測(cè)

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涂覆在接地網(wǎng)電偶(鋼鐵板材模擬)進(jìn)行了干燥時(shí)間、黏度、附著力和耐熱性的檢測(cè)，具體結(jié)果見表2。從表2可以看出，該涂料涂覆數(shù)小時(shí)之內(nèi)就干燥，黏度和附著力均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并且具有很好的耐熱性能，在400 ℃左右的馬弗爐中保溫1 h之后的鋼材，冷卻后觀察到表面不起泡，也沒有涂層剝落的現(xiàn)象。用該涂料對(duì)接地網(wǎng)電偶進(jìn)行防腐保護(hù)之后也可以在環(huán)境溫度較高的環(huán)境中使用。

表2 附著力及耐熱性檢測(cè)

2.4 接地網(wǎng)表面的成分和電位分析

在接地網(wǎng)電偶模擬鋼材上涂覆自制的防銹底漆之后，在碳鋼的表面形成了轉(zhuǎn)化膜，其成分主要有P、O、Zn、Fe、Al等組成的復(fù)合磷酸鹽層，電化學(xué)電位測(cè)量顯示其電位較原來碳鋼材料電位上升了66 mV，因此該保護(hù)膜對(duì)于接地網(wǎng)電偶的電化學(xué)銹蝕過程具有阻滯作用，并且鋼材的性質(zhì)沒有發(fā)生變化。

3 結(jié)論

用自行研發(fā)的防銹環(huán)保底漆對(duì)接地網(wǎng)電偶進(jìn)行了防銹處理，該種防銹底漆和碳鋼材料的結(jié)合度好，施工工藝簡(jiǎn)單，干燥時(shí)間短，安全無毒，能有效地保護(hù)接地網(wǎng)電偶在實(shí)際應(yīng)用過程中的防銹，有較好的應(yīng)用前景。

[1] 蔡煥青,周 明,邵瑰瑋,等.不銹鋼復(fù)合材料用于輸電線路桿塔接地系統(tǒng)及其耐腐蝕性研究[J].高壓電技術(shù),2014,40(9):2938-2944.

[2] 胥聰敏.X80管線鋼在模擬鹽堿土壤介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為研究[J].材料工程,2009,9(6):82-87.

[3] 李 明,李文宇,王 超.海濱電廠陰極保護(hù)應(yīng)用技術(shù)方案研究[J].吉林電力,2012,40(6):21-23.

[4] 蘇 濤,余秦軍,郭志廣,等.電力接地網(wǎng)用導(dǎo)電防腐涂料的制備[J].陜西電力,2015,43(4):56-59.

[5] 周 蜜,王建國(guó),張 予,等.鋼質(zhì)接地材料電偶加速腐蝕評(píng)價(jià)方法[J].功能材料,2016,47(8):8191-8195.

Study on the Protection of a Self-made Antirust Paint for Grounding Grid Galvanic

DING De1, LIN Bin2, LIU Lei1, TIAN Dong2*, LUO Chen1, LU Xiaoyong2

(1.Shanxi Electric Power Science Research Institute , State Power Grid , Xi′an 710100 , China ; 2.Anhui Province Key Laboratory of Low Temperature Co-fired Materials , Huainan Normal University , Huainan 232038 ， China)

TQ632.4

A

1003-3467(2017)08-0028-03

2017-04-26

國(guó)家電網(wǎng)陜西省電力科學(xué)研究院(SGSNKY00DYJS1600072)

丁 德(1982-)，男，高級(jí)工程師，從事高壓直流輸電腐蝕防護(hù)技術(shù)監(jiān)督工作；田 冬(1977-)，男，副教授，博士，從事燃料電池、環(huán)保及能源材料等方向研究工作，電話：15105541706。