CN104152878A - 钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线 - Google Patents
钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，是将钢芯经除油、喷砂或喷丸、化学镀层后与铝绞线铰接，制得所述钢芯铝绞线。本发明采用化学镀技术在钢芯（单层或多层）表面镀上一层Ni-P-植酸的非晶镀层，使制得的钢芯不仅耐蚀耐候性能优异，能保持钢丝原有的力学性能，且在盐雾实验和强振动后仍能保持良好的耐蚀性和与钢芯或钢丝的结合力；其制造工艺简单，仅在原镀锌钢或非镀锌钢表面直接进行化学镀即可。
Description
技术领域
本发明属于电力工业领域，具体涉及一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的铝绞钢芯线及其制备方法。
背景技术
钢芯铝绞线的钢芯一般为镀锌钢或铝包钢芯铝绞线，以提高钢的耐蚀性能或通过降低钢芯与铝绞线的电化学电位差，减轻电偶腐蚀。为了进一步提高耐蚀性能，添加稀土或Mg，Sn等新合金镀层的钢芯制品业已得到部分应用。但加入新合金镀层的生产工艺中熔融合金需要较高温度，导致钢丝制品的抗拉强度比浸镀前有明显下降。采取浸镀后“二次拉拔”技术，虽然可以提高其力学性能，但对镀层质量提出了更高要求，也增加了制品的生产成本。
一种高耐蚀高强度复合钢丝及制造工艺（CN 1405795A）提供了一种高耐蚀、高强度的新型复合线材，特别适用于架空导线的加强钢芯线或钢绞线，其技术关键是在磷化钝化的钢丝表面涂敷有机硅涂料。但本发明只要在钢芯表面直接进行化学镀。
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，然后将零件取出，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，因此，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。此外，化学镀操作方便、工艺简单，化学镀镍可以使钢芯（单层或多层）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，是所有镀锌钢芯的表面处理方法中成本较低且最有前景的工艺方法。
植酸学名为环己六醇六磷酸酯，分子式：C6H18O24P6，分子量：660.04，是一种淡黄色或淡褐色的浆状液体，密度1.285，折射率1.391，在水、乙醇、丙酮中具有良好溶解性，但几乎不溶于无水乙醚、苯、已烷、氯仿。植酸分子中具有能同金属配合的24个氧原子、12个羟基和6个磷酸基，每个植酸分子可提供六对氢原子，使自由基的电子形成稳定结构，因此植酸对绝大多数金属离子有极强的络合能力，其络合力与EDTA相似，但比EDTA的应用范围更广。植酸及其盐的巨大螯合势能，赋予其优良的抗腐蚀性，科学试验证明在金属和合金表面上的植酸盐涂层具有抗蚀性，在金属与聚合物涂层间也具有优良的粘合性。因此，植酸在金属磷化工艺、水性防腐蚀涂料的研发及金属表面清洗剂中的多功能助剂等金属防护领域中有着不俗的表现。而用铬酸处理钢件表面的抗蚀性远不及用植酸处理的效果好。并且铬酸盐对人体有毒害作用，对环境危害很大，产生的废液需要无害化处理。陈自然等（陈自然，张粤鹏.植酸在电镀工业中的应用.材料保护，1992, 25(9):41-42.）研究了植酸在电镀锌和铁镍合金中的应用，发现植酸不仅可以代替氰化物，而且将植酸用在前处理中还可以提高镀层和基材的结合力。植酸也可以应用于各种化学镀液中，侯新初等（侯新初，赵东保，黄聚亮等.化学镀镍新工艺.河南化工，1997(9):19-20）采用植酸与柠檬酸的复配作为化学镀镍的配位体，获得了稳定的化学镀镍液。但不同的pH值和温度对植酸的配位能力有一定的影响，应该根据镀液情况调节合适的pH值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，采用化学镀技术在钢芯或钢丝表面形成Ni-P-植酸非晶镀层，使制得的钢芯不仅耐蚀耐候性能优异，而且能保持钢丝原有的力学性能，更重要的是，具有非晶镀层的钢芯在盐雾实验和强振动后仍能保持良好的耐蚀性和与钢芯或钢丝的结合力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，是将钢芯经除油、喷砂或喷丸、化学镀层后与铝绞线铰接，制得所述钢芯铝绞线。
具体包括以下步骤：
1）钢芯除油：将镀锌钢线或钢丝绞制成的钢芯放入沸腾的质量分数为10%NaOH溶液中处理5min以去油，水洗烘干；
2）喷砂或喷丸：用石英砂或钢丸对步骤1）处理后的钢芯进行喷砂或喷丸处理，以除锈并增加钢丝的抗疲劳性能；
3）化学镀层：将步骤2）处理后的钢芯放入镀液中，控制反应温度80-90℃，搅拌反应2h后水洗烘干；所得镀层的厚度为10-30μm；
4）铰接：将步骤3）含Ni-P非晶镀层的钢芯用一层或多层铝绞线铰接缠绕，制得成品。
所述镀液的配方原料包括硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、植酸10~25g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化钠1g/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L；镀液的pH值为4.5-5.0。
所述镀液中可增加Co，W，Al，SiC及PTFE等，以进一步改善其耐蚀性和机械性能。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明采用化学镀技术在钢芯（单层或多层）表面镀上一层Ni-P-植酸的非晶镀层，使制得的钢芯不仅耐蚀耐候性能优异，能保持钢丝原有的力学性能，且在盐雾实验和强振动后仍能保持良好的耐蚀性和与钢芯或钢丝的结合力；其制造工艺简单，仅在原镀锌钢或非镀锌钢表面直接进行化学镀即可。
（2）本发明解决了钢芯铝绞线的钢芯不能长期有效耐腐蚀的问题，解决了镀锌钢在架空铝绞线中因电偶腐蚀而导致钢芯力学性能下降的问题。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，是将钢芯经除油、喷砂、化学镀层后与铝绞线铰接，制得成品。
具体包括以下步骤：
1）钢芯除油：将7股、直径为2 mm的镀锌钢线绞制成的钢芯放入沸腾的质量分数为10%NaOH溶液中处理5min以去油，水洗烘干；
2）喷砂：用石英砂对步骤1）处理后的钢芯进行喷砂处理，以除锈并增加钢丝的抗疲劳性能；
3）化学镀层：将步骤2）处理后的钢芯放入镀液中，控制反应温度80℃，搅拌反应2h后水洗烘干；所得镀层的厚度为10μm；
4）铰接：将26股、直径为2.4mm的铝线分2层缠绕在步骤3）含Ni-P非晶镀层的钢芯上，制得成品。
所述反应镀液的配方原料包括硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、植酸10g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化钠1g/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L；镀液的pH值为5.0。
将本实施例制得的Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及内部钢芯，与市售同规格的普通钢芯铝绞线分别在模拟沿海工业区（3%NaCl溶液+3% NaHSO3溶液）、工业区（3% NaHSO3溶液）、沿海地区（3%NaCl溶液）和农村地区（H2O）气候条件的环境中进行浸渍腐蚀试验，并对涂层进行显微分析。
浸泡24h后发现，本实施例制得的Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及内部钢芯表面仍然保持光亮，在浸泡过程中未发现任何变化。而普通钢芯铝绞线在上述溶液中均有程度不同的腐蚀，其中在沿海工业区、工业区的模拟环境中，钢芯表面产生大量气泡，取出后发现腐蚀较为严重。浸泡72h后可见，本实施例Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及内部钢芯在沿海工业区、工业区、沿海地区和农村地区气候条件的模拟环境下仍无腐蚀。普通钢芯铝绞线在沿海工业区、工业区的模拟环境中尺寸大大减小，在沿海地区和农村地区的模拟环境下表面锈迹斑斑。浸泡96h后，本实施例的Ni-P-植酸非晶镀层钢芯铝绞线的内部钢芯无腐蚀，在沿海工业区、工业区模拟环境中的Ni-P-植酸非晶镀层钢芯铝绞线表面开始腐蚀，而在沿海地区和农村地区气候条件的模拟环境中基本无腐蚀，这可能外层铝的腐蚀有关（外层铝的气泡和腐蚀产物导致与之接触的钢芯表面的应力发生变化）。普通钢芯铝绞线在沿海工业区、工业区的模拟环境中尺寸急剧减小，在沿海地区和农村地区模拟环境中表面锈迹斑斑，可见较深且宽的腐蚀孔洞。浸泡168h（7天）后，表面化学镀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯在沿海工业区、工业区模拟环境中表面开始冒气泡，随着时间的延长，气泡越来越多。浸泡180h后取出，表面Ni-P-植酸非晶镀层有裂纹出现。
实施例2
一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，是将钢芯经除油、喷砂、化学镀层后与铝绞线铰接，制得所述钢芯铝绞线。
具体包括以下步骤：
1）钢芯除油：将7股、直径为2 mm的钢丝绞制成的钢芯放入沸腾的质量分数为10%NaOH溶液中处理5min以去油，水洗烘干；
2）喷砂：用金刚砂对步骤1）处理后的钢芯进行喷砂处理，以除锈并增加钢丝的抗疲劳性能；
3）化学镀层：将步骤2）处理后的钢芯放入镀液中，控制反应温度85℃，搅拌反应2h后水洗烘干；所得镀层的厚度为20μm；
4）铰接：将26股、直径为2.4mm的铝线分2层缠绕在步骤3）含Ni-P非晶镀层的钢芯上，制得成品。
所述镀液的配方原料包括硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、植酸25g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化钠1g/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L；镀液的pH值为4.7。
将本实施例制得的表面镀有Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及其内部钢芯，和市售同规格的普通钢芯铝绞线分别模拟沿海工业区（3%NaCl溶液+3% NaHSO3溶液）、工业区（3% NaHSO3溶液）、沿海地区（3%NaCl溶液）和农村地区（H2O）气候条件的环境中进行浸渍腐蚀试验，并对涂层进行显微分析。
浸泡24h后发现，本实施例制得的Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及内部钢芯表面仍然保持光亮，在浸泡过程中未发现任何变化。而普通钢芯铝绞线在上述溶液中均有程度不同的腐蚀，其中在沿海工业区、工业区的模拟环境中，钢芯表面产生大量气泡，取出后发现腐蚀较为严重。浸泡48h后可见，本实施例Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及内部钢芯在沿海工业区、工业区、沿海地区和农村地区气候条件的模拟环境下仍无腐蚀。普通钢芯铝绞线在沿海工业区、工业区的模拟环境中尺寸大大减小，在沿海地区和农村地区的模拟环境下表面锈迹斑斑。浸泡72h后，本实施例的Ni-P-植酸非晶镀层钢芯铝绞线的内部钢芯无腐蚀，在沿海工业区、工业区模拟环境中的Ni-P-植酸非晶镀层钢芯铝绞线表面开始腐蚀，而在沿海地区和农村地区气候条件的模拟环境中基本无腐蚀，这可能外层铝的腐蚀有关（外层铝的气泡和腐蚀产物导致与之接触的钢芯表面的应力发生变化）。普通钢芯铝绞线在沿海工业区、工业区的模拟环境中尺寸急剧减小，在沿海地区和农村地区模拟环境中表面锈迹斑斑，可见较深且宽的腐蚀孔洞。浸泡168h（7天）后，表面化学镀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯在沿海工业区、工业区模拟环境中表面开始冒气泡，随着时间的延长，气泡越来越多。浸泡180h后取出，表面Ni-P-植酸非晶镀层有裂纹出现。
实施例3
一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，是将钢芯经除油、喷丸、化学镀层后与铝绞线铰接，制得所述钢芯铝绞线。
具体包括以下步骤：
1）钢芯除油：将7股、直径为2 mm的钢丝绞制成的钢芯放入沸腾的质量分数为10%NaOH溶液中处理5min以去油，水洗烘干；
2）喷丸：用钢丸对步骤1）处理后的钢芯进行喷丸处理，以除锈并增加钢丝的抗疲劳性能；
3）化学镀层：将步骤2）处理后的钢芯放入镀液中，控制反应温度90℃，搅拌反应2h后水洗烘干；所得镀层的厚度为30μm；
4）铰接：将26股、直径为2.4mm的铝线分2层缠绕在步骤3）含Ni-P非晶镀层的钢芯上，制得成品。
所述镀液的配方原料包括硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、植酸25g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化钠1g/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L；镀液的pH值为4.5。
将本实施例制得的表面镀有Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及其内部钢芯，和市售同规格的普通钢芯铝绞线分别模拟沿海工业区（3%NaCl溶液+3% NaHSO3溶液）、工业区（3% NaHSO3溶液）、沿海地区（3%NaCl溶液）和农村地区（H2O）气候条件的环境中进行浸渍腐蚀试验，并对涂层进行显微分析。
浸泡24h后发现，本实施例制得的Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及内部钢芯表面仍然保持光亮，在浸泡过程中未发现任何变化。而普通钢芯铝绞线在上述溶液中均有程度不同的腐蚀，其中在沿海工业区、工业区的模拟环境中，钢芯表面产生大量气泡，取出后发现腐蚀较为严重。浸泡48h后可见，本实施例Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线及内部钢芯在沿海工业区、工业区、沿海地区和农村地区气候条件的模拟环境下仍无腐蚀。普通钢芯铝绞线在沿海工业区、工业区的模拟环境中尺寸大大减小，在沿海地区和农村地区的模拟环境下表面锈迹斑斑。浸泡72h后，本实施例的Ni-P-植酸非晶镀层钢芯铝绞线的内部钢芯无腐蚀，在沿海工业区、工业区模拟环境中的Ni-P-植酸非晶镀层钢芯铝绞线表面开始腐蚀，而在沿海地区和农村地区气候条件的模拟环境中基本无腐蚀，这可能外层铝的腐蚀有关（外层铝的气泡和腐蚀产物导致与之接触的钢芯表面的应力发生变化）。普通钢芯铝绞线在沿海工业区、工业区的模拟环境中尺寸急剧减小，在沿海地区和农村地区模拟环境中表面锈迹斑斑，可见较深且宽的腐蚀孔洞。浸泡168h（7天）后，表面化学镀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯在沿海工业区、工业区模拟环境中表面开始冒气泡，随着时间的延长，气泡越来越多。浸泡180h后取出，表面Ni-P-植酸非晶镀层有裂纹出现。
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)
1.一种钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，其特征在于：将钢芯经除油、喷砂或喷丸、化学镀层后与铝绞线铰接，制得所述钢芯铝绞线。
2.根据权利要求1所述钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，其特征在于：除油是用沸腾的NaOH溶液处理5min；所述NaOH溶液的质量分数为10%。
3.根据权利要求1所述钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，其特征在于：化学镀层所用镀液的原料配方包括：硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠36g/L、植酸10~25g/L、柠檬酸15g/L、乳酸25ml/L、氟化钠1g/L、丁二酸5g/L、丙酸5ml/L；镀液的pH值为4.5-5.0。
4.根据权利要求1所述钢芯表面镀高耐蚀Ni-P-植酸非晶镀层的钢芯铝绞线，其特征在于：化学镀层的反应温度为80-90℃，搅拌反应2h；镀层的厚度为10-30μm。
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