1、输电线路铁塔防腐涂层配套性能试验研究输电线路铁塔防腐涂层配套性能试验研究2011年04月03 日0 引言 输变电设备的金属构件在运行状态下, 所处环境条件十分恶劣, 由于季节的变化和材料组成等原因, 都经受着物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀的考验, 腐蚀破坏给输变电线路的安全可靠性和使用寿命造成潜在的危险, 使得输变电线路存在安全隐患。例如: 降低铁塔机械强度, 铁锈随雨水流至绝缘子表面, 降低绝缘子污闪电压等等。这已受到世界各国输变电行业的高度重视。 1 钢材料腐蚀机理 腐蚀是指材料在所处环境的作用下而变质破坏。在某一具体的腐蚀体系中, 可能会有一种或几种阴极反应发生, 这决定于去极化剂在阴极
2、的放电电位, 还原反应的电位越高, 越优先进行。金属腐蚀的实质是发生了氧化还原反应, 许多氧化还原反应除与溶液中的离子浓度有关外, 还与pH 值有关, 由此Pour baix 首先提出了电位 pH 图, 反映等温、等浓度时腐蚀体系中电位与pH 值的关系。 钢铁构件在含C1- 、Br- 、S2O2- 3 、ClO- 等的溶液中容易发生孔蚀, 只要腐蚀电位超过孔蚀电位Eb 就能产生孔蚀。钢铁构件表面不完整氧化层和表层的硫化物杂质都会使其在含氧的水中发生孔蚀。 2 环境因素的影响 通过多年大气腐蚀研究, 通常认为影响大气腐蚀性的主要环境因素有以下几点。 2. 1 湿度及SO2 的影响 在洁净的空气中
3、相对湿度由零逐渐增大时, 腐蚀增重增加很慢。在相对湿度由零到75% 前, 腐蚀增重同样增加很慢, 与洁净空气中的差不多。当相对湿度达到75% 左右时, 腐蚀增重突然上升,并随相对湿度增加而加快。但当有SO2 存在时,情况就不同了, 在SO2 污染的大气中, 铁、锌等金属因生成易溶的硫酸盐化合物, 腐蚀速度随大气中SO2 含量的增加而直线上升。新大防腐 http:/ 2. 2 降水量的影响 雨水粘湿金属表面, 甚至冲刷破坏腐蚀产物的保护层, 有促进腐蚀的作用。但另一方面, 它能淋洗掉金属表面的尘埃盐粒或腐蚀性物质, 又在某种程度上起减缓腐蚀的作用。 2. 3 温度的影响 空气的温度和温度差对大气
4、腐蚀速度有一定的影响。尤其是温度差比温度的影响还大, 因为它不仅影响水汽的凝聚, 而且还影响着凝聚水膜中气体和盐类的溶解度。对于温度高的雨季或湿热带, 温度会起较大作用, 一般随温度的升高, 腐蚀加快。 2. 4 固体颗粒和表面状态等因素的影响 空气中含有大量的固体颗粒, 其中有煤烟, 灰尘等碳和碳化合物、金属氧化物、砂土、氯化钠、硫酸铵及其他盐类等。这些固体颗粒落在金属表面上会使金属生锈, 特别是在空气中各种灰尘和 SO2、水分共同作用时, 腐蚀会大大加剧; 金属表面加工方法和表面状态对腐蚀速度也有明显的影响; 此外, 已生锈的钢铁表面的腐蚀速度大于表面光洁的钢铁件。 3 热镀锌技术 热镀锌
5、技术是新建铁塔最常用的防腐技术。作为一种 保护 钢铁防止大气腐蚀的经济有效的方法,距今有100 多年的历史, 用于钢结构件的批量镀锌技术已经非常成熟, 在世界范围内, 由于镀锌层对钢铁制品有着良好的防护作用, 因此, 热镀锌目前仍然是钢铁防腐的主体技术, 新建电力铁塔工程主要采用热浸镀锌进行防腐。 3. 1 热镀锌的腐蚀机理 当镀锌制品的钢基体局部暴露于湿气或导电性介质中时, 就会构成电池, 产生腐蚀电流。当空气中的水分积存于镀锌制品的缺陷部位, 并且空气中的CO2、SO2 或其他腐蚀介质溶于水中后, 便形成电解液。这样就使锌基体与锌层构成了微电池 1 。如果大气未被污染, 例如当pH 5.
6、2 时, 腐蚀结果就可能产生难溶性化合物, 如氢氧化锌、氧化锌或碳酸锌等。这些腐蚀产物以沉淀形式析出并构成致密的薄膜, 其厚度可达8 ?m。这种薄膜具有良好的附着性, 并不易溶于水, 当锌层发生破坏并现出露铁点时, 锌作为铁 锌电池的 阳极 被溶解。 3. 2 国内铁塔热镀锌存在的主要问题 a) 现有国内镀锌技术整体落后, 镀锌工艺自动化水平低, 耗能高, 镀锌质量不稳定。 b) 现有杆塔热镀锌在沿海、酸雨及工业大气等特殊腐蚀环境下使用寿命无法满足设计要求, 热镀锌技术防腐技术及其工艺落后, 镀层耐蚀性差,使用寿命短, 尤其是在沿海盐雾腐蚀环境下, 耐腐蚀寿命短, 工人后续维护工作量加大, 运
7、行成本高。 c) 热镀锌锌层厚度指标达不到要求。 4 防腐涂料技术 防腐涂料是涂料的重要分支, 它的发展与涂料工业的总体发展趋势具有一致性, 同时也具有自身的特点。从其发展方向上可以概括为两大趋势: 基于环保因素与可持续发展, 防腐涂料正迅速向! 绿色化?与! 高性能化? 方向发展。粉末涂料、水性涂料、高固体分涂料、无溶剂涂料等绿色涂料将成为未来防腐涂料的主要组成部分; 高耐久性、无污染或低污染、低成本及易施工是防腐蚀涂料的发展方向; 纳米技术及纳米材料在防腐蚀涂料中的应用也将是防腐涂料的重要发展方向, 防腐蚀涂料最适合输变电设备在野外作业的特殊要求。 4. 1 防腐蚀涂料的种类和特点 主要考
8、查了现有的富锌涂料、带锈涂料、纳米 涂料和含氟涂料等几类涂料的性能。 4. 1. 1 富锌涂料 含有大量锌粉的底涂为富锌涂料。因此, 当涂装了富锌底漆的钢结构发生腐蚀时, 因为金属锌在很宽的温度范围内的电极电位比铁负, 锌是 阳极 ,被腐蚀, 铁是阴极得到 保护 , 起到了 牺牲阳极 的阴极 保护 作用, 同时, 锌粉腐蚀后的产物可填充涂膜的空隙, 封闭涂膜的损伤部位, 又起屏蔽腐蚀介质的作用。因此, 尽管富锌涂料的涂层比较薄, 但仍有较好的防锈效果, 使用寿命也较长。 4. 1. 2 带锈涂料 带锈涂料即低表面处理涂料。在防腐工程中,施工费用占70% 以上, 而其中以喷砂为主的表面处理( 防
9、锈、除油等) 又占70% 以上, 同时, 在很多现场施工条件下, 也不可能达到( 喷砂等级的表面状态) Sa2. 5 级以上的标准, 因此, 对低表面处理 低于Sa2 级、带湿气或带油表面上可适用的涂料提出很高的要求。为了获得优良的耐腐蚀性能, 涂漆前必须把底 材上的铁锈清除干净。钢铁的表面处理对于防腐涂料来说是至关重要的。这种涂料的涂装不仅能降低施工强度, 减少劳动成本, 而且大大提高了施工效率, 涂装后的效果达到用喷砂加上高性能涂料所得涂层的防腐蚀效果。对于输变电铁塔, 横担和电杆的安全运行和维修具有重要意义。 4. 1. 3 纳米涂料 纳米微粒如纳米级T iO2、ZnO、CaCO3 及
10、SiO2 用于防腐涂料具有极好的协同作用, 由于纳米颗粒的表面能很高, 易于同其他原子结合, 纳米颗粒与涂层形成较强的氢键结合, 增加了涂层的致密性及抗离子渗透性。除此之外, 还可以改善涂料的流变性, 提高涂层的附着力、涂膜硬度、光洁度和抗老化性能, 是涂料重要的发展方向之一。 4. 1. 4 含氟涂料 有机硅和有机氟都是讫今为止抗腐蚀和耐候性能最优异的材料, 采用新技术合成的氟硅聚合物,既拥有有机硅的优异附着力、柔韧性、抗氧化、耐臭氧、防紫外线、防潮抗温变等特性, 又具有氟树脂的高化学稳定性、耐油拒水、优异的抗老化性等性能。氟硅共聚物涂料是国内外在近年同步开发成功的新品种, 性价比高、10
11、a 以上的使用寿命, 一问世就受到了海洋防腐蚀的厚爱, 在石油平台、船 舶防腐等方面获得了很高的评价。 4. 2 防腐涂料的防腐作用机理 涂料防腐蚀是以各种方法将耐腐蚀的材料覆盖在被 保护 的铁塔底材上使其不与腐蚀介质直接接触而免遭腐蚀的方法, 结合金属的电化学腐蚀理论,涂料的防腐蚀作用主要有以下几方面内容 2 。 a) 屏蔽作用。防腐涂料可以阻止或抑制水、氧和离子透过漆膜使腐蚀介质与金属隔离, 从而防止形成腐蚀电池或抑制其活动。 b) 漆膜的电阻效应。在腐蚀电池的回路中,人们无法阻止在金属内部电子从 阳极向阴极流动, 但绝缘良好的漆膜却可以抑制溶液中 阳极 金属离子的溶出和阴极的放电现象。 c) 颜料的缓蚀作用和钝化作用。 d) 阴极 保护 作用。 新大防腐铁塔防腐专家 http:/
