一種自制防銹漆用于接地網電偶的防腐研究

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(1.國家電網 陜西省電力科學研究院 ，陜西 西安 710100 ； 2.淮南師范學院 低溫共燒材料 安徽省重點實驗室 ， 安徽 淮南 232038)

一種自制防銹漆用于接地網電偶的防腐研究

丁德1，林彬2，劉磊1，田冬2*，雒晨1，盧肖永2

(1.國家電網陜西省電力科學研究院，陜西西安710100 ； 2.淮南師范學院低溫共燒材料安徽省重點實驗室，安徽淮南232038)

以環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保底漆，具有防銹除銹的功能，同時還可以阻燃防火。將這種新型底漆用于直流輸電工程的接地網電偶進行腐蝕防護研究，結果表明該新型防腐涂料具有施工簡單、附著力強、耐高溫等優點，能有效地防護接地網中電偶的化學、電化學和酸性土壤的腐蝕，顯著延長鋼鐵材料接地網電偶的使用壽命。

防銹底漆 ； 接地網電偶 ； 腐蝕 ； 防護

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，接地網電偶的腐蝕防護是輸電工程中所急需解決的問題，每年的接地網電偶防腐都耗費巨額經費[1]。引起接地網電偶腐蝕的因素有很多，但主要是以下幾種：①化學腐蝕，電偶材料與環境中的酸性、氧化物、還原性等化學物質發生了化學反應，生成了不穩定的產物；②電化學腐蝕，接地網電偶金屬和雜質構成了原電池，形成了化學電流，引起的電偶材料的消耗；③環境土壤腐蝕，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]。針對上述的各種腐蝕類型，目前在腐蝕防護上也做許多重要的研究：①研發電偶新材料來防腐，目前接地網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，其中鋼材的特點是廉價易得，但是容易受到腐蝕，壽命短。鍍鋅鋼鐵的壽命能達到7～13年，接地網的耐蝕性能與鍍鋅層厚度有關，耐土壤腐蝕性能遠不及耐大氣腐蝕，土壤中有氯離子時尤為突出。純銅接地網本身具有耐酸腐蝕性能，但是很容易產生氧化，氧化亞銅和氧化銅等氧化產物電阻大，很容易導致斷路；另外，銅材價格昂貴和銅離子嚴重污染環境。采用鍍銅和銅包鋼接地網可以提高耐蝕性，缺點是容易氧化，一旦裸露鋼鐵基體很容易發生電偶腐蝕，加速接地網失效。鋁材類接地網電偶的價格適中，使用壽命長，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行腐蝕防護導電導熱涂料是伴隨現代科學技術而迅速發展起來的特種功能涂料，至今約有半個世紀的發展歷史，該類產品效果較好，時間也較長，但是目前市場所銷售的降阻劑本身不環保。③利用離子接地電極，效果極好，使用時間也長，但是價格極其昂貴，施工量也大。另外還有一些外加技術也用于電偶的腐蝕防護，如陰極保護法、外層保護法等，也取得了較好的效果[4-5]。

綜上所述，成本和壽命都對目前接地網電偶材料的腐蝕防護帶來了一定的影響，鋼鐵材料是主要的輸送電材料，也較價廉，因此提高普通鋼鐵材料的腐蝕防護有廣闊的市場空間和實際價值。以多聚磷酸鋁、多聚磷酸鋅和環氧樹脂為主要原料，制備了一種導電、防銹除銹的親水性環保涂料底漆，用于對鋼鐵導電網進行防腐處理，以提高其耐蝕性，取得了較好的效果。

1 實驗過程

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藥試劑集團。

1.1.2涂料生產工藝路線

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樹脂粉和引發劑(0.3%)加入到適量的乙醇、丁醇混合溶液中，于65 ℃±5 ℃下進行攪拌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，待檢測備用。

1.2 接地網電偶制備

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

1.3 材料檢測和表征

耐鹽實驗在鹽霧箱中進行；環保性檢測重金屬離子由ICP-AES光譜分析；有機化合物由石油和化學工業專用涂料顏料質量檢測中心檢測；耐熱性、黏度和附著力檢測按照相關國家標準進行檢測；電偶材料表面元素分析利用美國EDAX儀分析(型號：FALCON)；電化學分析用德國IM6型電化學工作站進行，測量暴露面積為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 結果與討論

2.1 鹽霧試驗

在土壤或海水中鹽分容易電化學腐蝕時的電解質，促進金屬接地網發生電化學腐蝕，本文將防銹底漆涂覆與模擬接地網鋼材板上置于鹽霧箱中進行了耐中性鹽霧實驗研究，經過大約600 h鹽霧噴射腐蝕后，地板不生銹，無氣泡，漆膜表面無變化。此結果與前期委托國家涂料質量檢驗中進行檢驗的結果一致(檢測報告號：TW0118Y2)，說明防腐漆用于接地網電偶后有望在含鹽土壤或海水環境中使用。

2.2 環保性檢測

環境保護安全是現代工業產品的重要指標，表1是本防腐涂料的各種環保性指標檢測結果，包括各種重金屬離子和含溴類有機化合物的檢測結果。從表1中可以看出，使用該中防銹底漆用于接地網電偶防護時Pb的含量為14 mg/kg，Cd的含量為8 mg/kg，都遠低于環保標準的1 000 mg/kg和100 mg/kg，樣品中未檢測出重金屬離子Hg和Cr6+，也沒有檢測出溴苯類有機化合物，結果表明該種類型的防銹腐蝕涂料是一種環保安全的涂料。

表1 防護底漆的部分毒害元素檢測

2.3 耐熱及附著強度檢測

依據國家標準對涂覆在接地網電偶(鋼鐵板材模擬)進行了干燥時間、黏度、附著力和耐熱性的檢測，具體結果見表2。從表2可以看出，該涂料涂覆數小時之內就干燥，黏度和附著力均符合國家標準要求，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象。用該涂料對接地網電偶進行防腐保護之后也可以在環境溫度較高的環境中使用。

表2 附著力及耐熱性檢測

2.4 接地網表面的成分和電位分析

在接地網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化膜，其成分主要有P、O、Zn、Fe、Al等組成的復合磷酸鹽層，電化學電位測量顯示其電位較原來碳鋼材料電位上升了66 mV，因此該保護膜對于接地網電偶的電化學銹蝕過程具有阻滯作用，并且鋼材的性質沒有發生變化。

3 結論

用自行研發的防銹環保底漆對接地網電偶進行了防銹處理，該種防銹底漆和碳鋼材料的結合度好，施工工藝簡單，干燥時間短，安全無毒，能有效地保護接地網電偶在實際應用過程中的防銹，有較好的應用前景。

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

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

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

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

[5] 周 蜜,王建國,張 予,等.鋼質接地材料電偶加速腐蝕評價方法[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

國家電網陜西省電力科學研究院(SGSNKY00DYJS1600072)

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