CN104131273B - 一种表面镀有高耐蚀Ni‑P非晶涂层的钢芯铝绞线 - Google Patents
一种表面镀有高耐蚀Ni‑P非晶涂层的钢芯铝绞线 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种表面镀有高耐蚀Ni‑P非晶涂层的钢芯铝绞线，制备方法包括以下步骤：钢芯铝绞线除油、喷砂或喷丸、化学镀Ni‑P非晶涂层。该钢芯铝绞线表面整体经化学镀Ni‑P非晶涂层后，可以获得表面致密的耐蚀保护层。制造工艺技术简单，经NaOH去油除锈和喷丸或喷砂处理后即可进行化学镀，不需要二次浸锌工艺。可以根据需要配置不同的化学镀液，获得不同耐蚀性的产品。通过在镀液中增加PTFE，可以提高钢芯铝绞线的耐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面镀有高耐蚀Ni-P非晶涂层的钢芯铝绞线。
背景技术
钢芯铝绞线是由心部的镀锌钢丝或镀锌钢丝铰接成的钢芯，外面由一层或几层铰接的铝绞线组成。铝绞线使用的铝纯度很高，根据国标GB1179-2008，铝股线中含硅不大于0.13%、铁不大于0.16%、硅加铁不大于0.26%、钛钒锰铬之和不大于0.01%，表面会形成一层致密的钝化膜，并且与铝基体结合非常牢固，就是因为这层天然的氧化膜，使铝及其合金在常规的环境中性能稳定，不容易腐蚀。钢芯铝绞线一方面在风、冰冻以及其他恶劣环境因素影响下会摆晃，产生微动磨损和微动疲劳；另一方面在大气中受水分、化学气体、尘埃和盐类物质等侵蚀性介质的作用发生腐蚀，导致导线明显变脆，抗拉强度大幅降低，从而影响输电效果，更严重的会发生断裂，造成严重的事故。为了保证输电线路能安全稳定的运送电流，有必要采取一定的防护措施，来减少事故的发生，因而，需要进行导线耐腐蚀涂层的研究。目前用来改善钢芯铝绞线表面状况的涂料存在以下的问题：涂料抗老化性能差，相对于钢芯铝绞线30-40年的使用寿命，一般涂料在外界的光、水分等环境条件作用下使用寿命为3-5年。与导线本体使用寿命相比很短，使得使用涂料来改善导线表面状况，进而提高导线使用寿命的这一技术路径受到很大的限制。在沿海一带，钢芯铝绞线的寿命更低，福建省某海岛上一35KV钢芯铝绞线仅使用5年就出现断线断股，这可能与海岛上潮湿的海洋大气和常年4级以上的风以及夏秋季的多台风有关，导致潮的大气腐蚀、小孔腐蚀和应力腐蚀。值得一提的是，从失效导线每层的腐蚀情况看，内层铝股线的腐蚀比外层铝股线的腐蚀更为严重，这可能还与表层铝股线的缝隙有关，使腐蚀介质通过表层进入内层表面，内层表面的腐蚀产物无法从缝隙排出，产生更大的应力集中，腐蚀更严重。因此对于钢芯铝绞线，必须在表面产生一层耐风动的结合力良好的耐蚀层，减少腐蚀介质侵入内层铝股线。
化学镀是一种在无外加电流的状态下，利用镀液中的还原剂在活化工件表面上自催化还原沉积，从而得到镀层的方法。Ni-P化学镀是以次磷酸盐为还原剂将镀液中的镍离子还原成金属镍，沉积到零件表面上，直至达到所需要的厚度，将零件取出，反应就会停止。化学镀镍的同时，磷酸盐本身也会被还原，共同沉积到金属零件的表面上，所得镀层为镍磷二元合金。通过调整P的含量，就可以获得不同物相的Ni-P镀层。一般对于二元Ni-P，P含量超过8%就可以获得非晶镀层。化学镀操作方便、工艺简单，化学镀镍可以使铝及铝合金的耐蚀性和耐磨性有较大程度地提高，并且不受形状的限制，是铝及铝合金表面处理方法中成本较低且最有前景的工艺方法。
20世纪70年代末，铝及其合金化学镀镍在技术上己经有了突破，并且取得了广泛应用。在该技术中，最重要的是有了比较可靠的、重复性好的前处理技术。到目前为止二次浸锌工艺(又称锌酸盐处理)仍被认为适用于大多数铝及铝合金的最可靠技术。但铝表面致密的氧化膜上不能获得结合良好的金属镀层。为了能够得到结合性良好的金属镀层，必须先除掉这层氧化膜，并保证在金属镀层镀上之前不重新生成。这是铝及其合金前处理的关键。
目前成熟可靠的铝及铝合金前处理工艺为二次浸锌工艺，其化学镀镍磷合金的工艺流程为：预镀件→除油→水洗→碱洗→水洗→酸洗→水洗→浸锌→水洗→退锌→水洗→二次浸锌→水洗→碱性化学预镀镍→水洗→酸性化学镀镍。二次浸锌工艺无疑增加了生产成本。
化学镀Ni-P非晶涂层的方式很多，配方也很多，既有二元的Ni-P，也可以增加Co，W，Al，SiC甚至PTFE等改善其耐蚀性和机械性能。
化学复合镀Ni-P-PTFE（聚四氟乙烯）是将PTFE颗粒分散于Ni-P镀层中。由于PTFE微粒的化学稳定性好，摩擦系数极低（仅为0.05），表面能也低且具有不粘性等特点，因而Ni-P-PTFE镀层在机械、纺织、化工等许多工业部门得到广泛应用。复合镀液中添加阳离子型表面活性剂可使PTFE粒子带正电荷，在静电吸附下能使更多的PTFE粒子沉积在金属表面，则镀层中复合粒子含量会增加。采用FC4和非离子FCl0表面活性剂混合可获得粒子分布均匀而且含量较高的复合镀层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面镀有高耐蚀Ni-P非晶涂层的钢芯铝绞线，在经喷砂或喷丸处理的钢芯铝绞线表面采用化学镀技术增加含Ni-P非晶涂层，所制备的铝绞线可以达到很好的耐蚀效果，整个操作过程简单。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种在钢芯铝绞线表面镀上高耐蚀Ni-P非晶涂层的方法包括以下步骤：钢芯铝绞线除油、喷砂或喷丸、化学镀Ni-P非晶涂层。所述的Ni-P非晶涂层的厚度<2μm。
具体步骤如下：
（1）将钢芯铝绞线在沸腾的NaOH溶液中处理5分钟，除油及其表面的致密氧化物；
（2）水洗、烘干；
（3）用石英砂对钢芯铝绞线表面进行喷砂处理；
（4）化学镀含有Ni-P的非晶涂层；
（5）水洗，烘干。
所述的钢芯铝绞线是由26股直径为2.4mm的铝线和中心7股直径为2mm的镀锌钢线绞制而成；铝线分2层缠绕，外层16股、内层10股。
所述的NaOH溶液的质量分数为10%。
化学镀Ni-P非晶涂层的镀液配方：硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化钠1g/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L；化学镀温度为80~90℃，pH=5.0，施镀时间为2h。
化学镀Ni-P-PTFE非晶涂层的镀液配方：硫酸镍25g/L、次亚磷酸钠25g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、碘酸钾0.05mg/L、二烷基苯磺酸钠0.05mg/L、PTFE粒子5~8g/L；化学镀温度为80~90℃，pH=4.5~5.0，施镀时间为2h。
本发明的显著优点在于：在经喷砂或喷丸处理的钢芯铝绞线表面采用化学镀技术增加含Ni-P非晶涂层，该镀层不仅耐蚀耐候性能优异，而且保持钢芯铝绞线的力学性能和电学性能不变，更重要的是具有非晶涂层的钢芯铝绞线在强振动后能保持良好的耐蚀性，表面铝绞线不出现缝隙。
本发明解决了钢芯铝绞线表面不能长期有效的耐腐蚀问题，解决了架空铝绞线的铝股线因小孔腐蚀、潮的大气腐蚀、应力腐蚀和电偶腐蚀而导致的钢芯铝绞线力学性能和电学性能下降的问题。该钢芯铝绞线表面整体经化学镀Ni-P非晶涂层后，可以获得表面致密的耐蚀保护层。制造工艺技术简单，经NaOH去油除锈和喷丸或喷砂处理后即可进行化学镀，不需要二次浸锌工艺。可以根据需要配置不同的化学镀液，获得不同耐蚀性的产品。通过在镀液中增加PTFE，可以提高耐蚀性。
具体实施方式
实施例1
1、钢芯铝绞线由26股直径为2.4mm的铝股线和中心7股直径为2mm的镀锌钢线绞制而成；铝线分2层缠绕，外层16股、内层10股线，经沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液处理5分钟去油和去除表面的致密氧化物，水洗烘干；
2、用石英砂对其表面进行喷砂处理，主要目的是去除表面氧化物，并增加铝的抗疲劳性能；
3、化学镀含有Ni-P的非晶涂层。最常用：硫酸镍（30g/L）、次亚磷酸钠(36g/L)、柠檬酸(15g/L)、乳酸（25ml/L）、氟化钠（1g/L）、丁二酸（5g/L）、丙酸（5ml/L），温度85℃，pH控制在5，施镀2h。
4、水洗，烘干，备用。
检测：
将表面化学镀Ni-P非晶镀层的钢芯铝绞线和市售同规格的钢芯铝绞线分别模拟沿海工业区（3%的NaCl+3% NaHSO3）、工业区（3% NaHSO3）、沿海地区（3%的NaCl溶液）和农村地区（H2O）等气候条件进行浸渍腐蚀，对涂层的表面进行显微分析。浸泡时间48h，表面化学镀Ni-P非晶镀层的钢芯铝绞线表面未出现变化，市售同规格的钢芯铝绞线在沿海工业区（3%的NaCl+3% NaHSO3）、工业区（3% NaHSO3）中的腐蚀非常严重，在沿海地区（3%的NaCl溶液）也出现腐蚀，在农村地区（H2O）腐蚀较轻些，表面出现白色粉末。拆开钢芯铝绞线，内层钢芯也经受腐蚀，锈迹斑斑。当浸泡时间达到96h后，表面化学镀Ni-P非晶镀层的钢芯铝绞线在沿海工业区（3%的NaCl+3% NaHSO3）、工业区（3% NaHSO3）中，开始出现气泡，随着时间的延长，气泡越来越多。12h后取出，Ni-P非晶镀层有裂纹出现，部***纹处可见铝。拆开钢芯铝绞线，整个钢芯铝绞线都是潮湿的，说明腐蚀液已通过裂纹进入了内部，失去了Ni-P-植酸非晶镀层的保护能力。
盐水喷雾试验条件：NaC1溶液(浓度50±5 g/L)，温度为35±2℃，pH 为3.1-3.3，采用间歇操作，间隔时间为8 h，试验时间为32 h。表面化学镀Ni-P非晶镀层的钢芯铝绞线未出现任何表面变化，而市售同规格的钢芯铝绞线的表面出现大量白色腐蚀产物，把后者拆开，铝绞线和钢芯都遭受严重腐蚀。继续进行盐雾实验32h，表面化学镀Ni-P非晶镀层的钢芯铝绞线开始出现一些小孔，而市售同规格的钢芯铝绞线的表面出现大量白色腐蚀产物。把两者拆开，前者的铝绞线表面开始有极少量的小孔，钢芯无变化，而后者铝绞线和钢芯都遭受严重腐蚀，铝绞线的腐蚀产物成片成片从铝绞线上掉落。
实施例2
1、钢芯铝绞线由26股直径为2.4mm的铝股线和中心7股直径为2mm的镀锌钢线绞制而成；铝线分2层缠绕，外层16股、内层10股线，经沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液处理5分钟去油和去除表面的致密氧化物，水洗烘干；
2、用石英砂对其表面进行喷砂处理，主要目的是去除表面氧化物，并增加铝的抗疲劳性能；
3、化学镀Ni-P-PTFE的非晶涂层。最常用：硫酸镍（25g/L）、次亚磷酸钠(25g/L)、柠檬酸(15g/L)、乳酸（25ml/L）、碘酸钾（0.05mg/L）、二烷基苯磺酸钠（0.05mg/L）、PTFE粒子（6g/L），温度85℃，pH控制在4.5，搅拌施镀2h。
4、水洗，烘干，备用。
检测：
将表面化学镀Ni-P-PTFE非晶镀层的钢芯铝绞线和市售同规格的钢芯铝绞线分别模拟沿海工业区（3%的NaCl+3% NaHSO3）、工业区（3% NaHSO3）、沿海地区（3%的NaCl溶液）和农村地区（H2O）等气候条件进行浸渍腐蚀，对涂层的表面进行显微分析。浸泡时间48h，表面化学镀Ni-P-PTFE非晶镀层的钢芯铝绞线表面未出现变化，市售同规格的钢芯铝绞线在沿海工业区（3%的NaCl+3% NaHSO3）、工业区（3% NaHSO3）中的腐蚀非常严重，在沿海地区（3%的NaCl溶液）也出现腐蚀，在农村地区（H2O）腐蚀较轻些，表面出现白色粉末。拆开后者钢芯铝绞线，内层钢芯也经受腐蚀，锈迹斑斑。当浸泡时间达到96h后，表面化学镀Ni-P-PTFE非晶镀层的钢芯铝绞线无明显变化.当浸泡时间达到120h后，表面化学镀Ni-P-PTFE非晶镀层的钢芯铝绞线在沿海工业区（3%的NaCl+3% NaHSO3）、工业区（3% NaHSO3）中，开始出现气泡，随着时间的延长，气泡越来越多。拆开钢芯铝绞线，整个钢芯铝绞线都是潮湿的，说明腐蚀液已通过裂纹进入了内部，失去了Ni-P-植酸非晶镀层的保护能力。
盐水喷雾试验条件：NaC1溶液(浓度50±5 g/L)，温度为35±2℃，pH 为3.1-3.3，采用间歇操作，间隔时间为8 h，试验时间为32 h。表面化学镀Ni-P非晶镀层的钢芯铝绞线未出现任何表面变化，而市售同规格的钢芯铝绞线的表面出现大量白色腐蚀产物，把后者拆开，铝绞线和钢芯都遭受严重腐蚀。继续进行盐雾实验32h，表面化学镀Ni-P-PTFE非晶镀层的钢芯铝绞线几乎无变化，而市售同规格的钢芯铝绞线的表面出现大量白色腐蚀产物。后者铝绞线和钢芯都遭受严重腐蚀，铝绞线的腐蚀产物成片成片从铝绞线上掉落。继续进行盐雾实验16h，表面化学镀Ni-P-PTFE非晶镀层的钢芯铝绞线开始出现一些小孔。钢芯无变化。说明腐蚀介质还未到达钢芯铝绞线内部。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种在钢芯铝绞线表面镀上高耐蚀Ni-P非晶涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：钢芯铝绞线除油、喷砂或喷丸、化学镀Ni-P非晶涂层；具体步骤如下：
（1）将钢芯铝绞线在沸腾的质量分数为10%的NaOH溶液中处理5分钟去除油及其表面的致密氧化物；
（2）水洗、烘干；
（3）用石英砂对钢芯铝绞线表面进行喷砂处理；
（4）化学镀含有Ni-P的非晶涂层；
（5）水洗，烘干；
化学镀Ni-P非晶涂层的镀液配方：硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化钠1g/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L；化学镀温度为85℃，pH=5.0，施镀时间为2h；或化学镀Ni-P-PTFE非晶涂层的镀液配方：硫酸镍25g/L、次亚磷酸钠25g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、碘酸钾0.05mg/L、二烷基苯磺酸钠0.05mg/L、PTFE粒子6g/L；化学镀温度为85℃，pH=4.5，施镀时间为2h。
2.根据权利要求1所述的在钢芯铝绞线表面镀上高耐蚀Ni-P非晶涂层的方法，其特征在于：所述的Ni-P非晶涂层的厚度<2μm。
3.根据权利要求1所述的在钢芯铝绞线表面镀上高耐蚀Ni-P非晶涂层的方法，其特征在于：所述的钢芯铝绞线是外层铝股线和中心镀锌钢芯绞制而成；铝股线为单层或多层。
4.一种如权利要求1所述的方法制得的表面镀有高耐蚀Ni-P非晶涂层的钢芯铝绞线。
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