接線板鍍銀防腐方案的研究

張宏軍

接線板鍍銀防腐方案的研究

張宏軍

（新東北電氣集團(tuán)高壓開(kāi)關(guān)有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110027）

在電氣設(shè)備中接線板是設(shè)備與大線金具連接的橋梁， 高壓開(kāi)關(guān)的接線板為鋁合金材質(zhì)，鋁板接觸表面進(jìn)行鍍銀處理。由于銀和鋁的電極電位相差較大，裸露在大氣環(huán)境中形成原電池，在水汽、鹽霧、高熱的環(huán)境中接線板發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。接線板表面電阻增大，接觸不良，連接部位發(fā)熱量增大，影響通流。通過(guò)分析產(chǎn)生腐蝕的原因，從零部件的設(shè)計(jì)和工藝角度出發(fā)，提出相應(yīng)的防腐措施。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，選用防腐能力好并且適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣候條件的防腐涂料制備能夠在戶外防腐蝕的接線板。在接線板與大線金具進(jìn)行連接后應(yīng)在連接面、螺栓、螺母縫隙處涂抹防水膠，可防止接線板導(dǎo)電面的銀層腐蝕。

腐蝕； 接線板； 高壓開(kāi)關(guān)

接線板是電站開(kāi)關(guān)、變壓器設(shè)備與大線連接的橋梁，為了達(dá)到更好的連接效果，減少接觸電阻，減少發(fā)熱，電氣設(shè)備廠家通常會(huì)對(duì)接線板的接觸面進(jìn)行鍍銀處理。電氣設(shè)備早期導(dǎo)電零部件材質(zhì)為銅，隨著電力的發(fā)展，電氣設(shè)備用量和電壓等級(jí)逐漸提高，銅的使用量也日益增加。鋁的導(dǎo)電性能雖然沒(méi)有銅優(yōu)良，但是鋁的密度僅為銅密度的1/3，可使零部件更輕便。另外，從價(jià)格上來(lái)看，鋁的價(jià)格為銅的1/3，鋁制零部件材料成本僅為銅1/6～1/9。為了減輕設(shè)備重量，降低成本，鋁合金材料更多地成為了制作零部件的原料。目前，導(dǎo)電零部件除動(dòng)配合部位還使用銅外，其余靜配合部件逐漸由鋁合金材質(zhì)來(lái)替代。

大多數(shù)金屬及其制品經(jīng)過(guò)加工后，熱力學(xué)穩(wěn)定性變差，受到環(huán)境中水分或污染物的影響，較易發(fā)生金屬腐蝕[1]。腐蝕作用引起金屬性能的變化，常常導(dǎo)致金屬、環(huán)境或其構(gòu)成的技術(shù)體系發(fā)生功能損害。在金屬中，銀的導(dǎo)電性最好，且有良好的導(dǎo)熱性、延展性，因此，在電氣設(shè)備中鋁和銅材料用于制作零部件，通常在接觸部位采用鍍銀處理，以便更好的發(fā)揮導(dǎo)電性能。目前，鍍銀層腐蝕的問(wèn)題是國(guó)內(nèi)外電鍍行業(yè)尚未解決的難題。本文通過(guò)對(duì)鋁鍍銀耐腐蝕的問(wèn)題進(jìn)行分析，從鋁鍍銀零部件的設(shè)計(jì)和工藝角度出發(fā)，制備能夠在戶外防腐蝕的接線板。

1 銀層腐蝕的成因

在具有腐蝕條件的環(huán)境下，隨著時(shí)間的推移鍍銀層會(huì)從銀白色逐漸變?yōu)榛ò?、黃白、黃色、棕色、褐色等。當(dāng)鋁鍍銀件受潮腐蝕時(shí)，鍍銀層會(huì)出現(xiàn)粉狀腐蝕產(chǎn)物或起皮開(kāi)裂的情況[2]。例如，銀裸露在外，與空氣中的氧、硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化銀顯黃色，生成硫化銀顯黑色[3]。不同地區(qū)的空氣中硫的含量并不相同，硫在空氣中主要以二氧化硫和硫化氫的形式存在?；瘜W(xué)式如下：

Ag+O2→Ag2O（黃色）；

Ag+S→Ag2S（黑色）；

Ag+SO2→Ag2S（黑色）+O2；

Ag+H2S→Ag2S（黑色）+H2。

因?yàn)殂y的親氧能力比親硫能力弱，所以銀層變黑主要是與硫化物反應(yīng)生成硫化銀。

2 腐蝕的機(jī)理

鋁、銅和銀的電極電位不同（Al3+/Al= -1.662 V、Cu2+/Cu= +0.340 2 V、 Ag+/Ag= +0.799 8 V），鋁和銀電位差較大，鋁鍍銀零部件中鋁基體易腐蝕。而銅和銀電位差較小，且都是正的電極電位，銅鍍銀零部件中銅基體不易腐蝕[4-5]，如圖1所示。

接線板為鋁合金鍍銀板，在外觀上光亮的銀層并非完整連續(xù)，而是存在大量的針孔。鋁活潑易與空氣中的水、氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化鋁，氧化鋁會(huì)阻止鋁的進(jìn)一步氧化[6]。當(dāng)鋁鍍銀時(shí)，鋁與銀的電化學(xué)電位相差較大，鋁和銀形成原電池，裸露在濕熱、多鹽氣候下會(huì)加速鋁的腐蝕[7]。水分沿銀層的針孔處進(jìn)入，鋁與水反應(yīng)生成疏松的氫氧化鋁，膨脹氫氧化鋁將銀層頂起，造成銀層脫落，如圖2所示。

圖1 瓷瓶套管銅鍍銀接線板

圖2 鋁鍍銀接線座清理前后

3 防護(hù)工藝

3.1 試樣準(zhǔn)備

模擬現(xiàn)場(chǎng)的工藝操作過(guò)程，對(duì)端蓋和導(dǎo)電板的鋁材、鍍銀層及涂層進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。

試樣及材料如表1。

表1 試樣及材料

主要檢測(cè)儀器如表2。

表2 主要檢測(cè)儀器

試樣鋁板的工藝如表3。

表3 鋁板工藝

接線板單面鍍銀，非鍍銀面涂漆，與架空線金具連接后，對(duì)比在縫隙處涂防水膠和不涂防水膠，進(jìn)行耐蝕性試驗(yàn)。

3.2 性能檢測(cè)

性能檢測(cè)采用鹽霧試驗(yàn)，并用SSX-550型掃描電鏡觀察鍍銀面。鹽霧試驗(yàn)中NaCl溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，試驗(yàn)箱溫度35 ℃，濕度大于95%。

4 結(jié)果與討論

4.1 接線板工藝的選擇

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，鋁在大氣環(huán)境中表面生成氧化膜，不易腐蝕，但在濕熱鹽霧環(huán)境中會(huì)發(fā)生腐蝕。鋁板上鍍銀后，會(huì)加速鋁基體的腐蝕，通過(guò)去掉腐蝕后銀層，鋁基體上呈現(xiàn)不連續(xù)的孔洞，最深的可以深達(dá)1 mm。鹽霧試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 表面處理后鋁板的鹽霧試驗(yàn)

由于漆層的保護(hù)，鋁板在鍍銀前后的耐腐蝕能力應(yīng)該相同，但由表4可知，實(shí)際結(jié)果并非如此。從現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)腐蝕來(lái)看，腐蝕的發(fā)生并不從正面開(kāi)始，而是從側(cè)面向內(nèi)部開(kāi)始腐蝕。涂漆層有局部破損的部位，在電位腐蝕作用下，直接從基材鋁層開(kāi)始向內(nèi)腐蝕，鍍銀的鋁板會(huì)加速腐蝕[8]，腐蝕后的產(chǎn)物將漆層頂起[9]。而未鍍銀的鋁板，鋁基體在空氣中氧化生成氧化鋁，即使漆層破損，但沒(méi)有金屬電位腐蝕，反而耐腐蝕效果更好。

4.2 接線板與架空線縫隙處涂防水膠的試驗(yàn)結(jié)果

在電站的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備中，只有瓷瓶套管頂部的接線板鍍銀裸露在大氣中，接線板和架空大線連接，在大氣環(huán)境中容易腐蝕[10]。圖3為電站現(xiàn)場(chǎng)的接線板腐蝕（正面和側(cè)面）圖片，圖4為縫隙處涂防水膠前后的變化。

圖3 電站現(xiàn)場(chǎng)腐蝕的接線板

圖4 縫隙涂膠前后變化

鹽霧試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。通過(guò)對(duì)比看到，涂防腐涂料并在縫隙處涂防水膠的銀層沒(méi)有受到腐蝕，其原因是防水膠防止水分從邊緣進(jìn)入到銀層和漆層內(nèi)部，可阻止腐蝕的發(fā)生。

表5 鹽霧時(shí)間及結(jié)果

5 結(jié) 論

1）本試驗(yàn)解決了接線座銀層腐蝕問(wèn)題，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定了接線座的非導(dǎo)電面涂漆可有效防止腐蝕。

2）接線座與大線架空金具連接后應(yīng)在連接面、螺栓、螺母縫隙處涂抹防水膠，可防止導(dǎo)電面的銀層腐蝕。

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Research on the Anti-corrosion Scheme of Silver Plating on Terminal Panel

（New Northeast Electric Group Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110027, China）

In the electrical equipment, the terminal plate is the bridge connecting the equipment and the large wire fittings. The terminal plate of the high voltage switch is made of aluminum alloy, and the contact surface of the aluminum plate is silvered. Because the electrode potential difference between silver and aluminum is large, the galvanic cell is formed in the exposed atmosphere, and the terminal plate is seriously corroded in the environment of water vapor, salt spray and high heat. The surface resistance of the junction board increases, the contact is bad, and the heat generated at the connecting part increases, which affects the flow. Through analyzing the cause of corrosion, the corresponding anti-corrosion measures were put forward from the point of view of parts design and process. Through experimental comparison, the anti-corrosion coating with good anti-corrosion ability and suitable for the actual climatic conditions of the site was used to prepare the anti-corrosion wiring board outdoors. After the connection between the junction board and the large wire fittings, waterproof glue should be applied to the gaps of the connection surface, bolts and nuts to prevent the silver layer corrosion of the conductive surface of the junction board.

Corrosion; Patch panel; High voltage switch

2020-08-01

張宏軍（1978-），男，遼寧省沈陽(yáng)市人，工程師，碩士， 2017年畢業(yè)于東北大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：電鍍技術(shù)。

TQ153.1+6

A

1004-0935（2021）03-0317-03