CN105803370A - 一种钢芯线防腐合金镀层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钢芯线防腐合金镀层及其制备方法，按质量百分比计，镀层由以下组份组成：铝10～15％，稀土0.02～0.15％，铜0.002～0.01％，镍0.002～0.01％，铁<0.075％，硅<0.014％，余量为锌。该镀层的制备方法包括钢盘条弯曲剥壳制成钢丝；涂敷拉拔；热处理；超声波脱脂清洗；助镀剂处理；干燥处理；热浸镀；氮气抹拭；冷却收线。制备的合金镀层钢绞线，可广泛适用于高压和超高压输电线路和架空地线，具有优异的耐腐蚀性能，较现有的工业热浸镀纯锌的耐腐蚀性提高10倍以上，且制备工艺简单，成本低，大大延长了现有钢绞线的使用寿命。

Description

一种钢芯线防腐合金镀层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镀层，具体涉及一种钢芯线防腐合金镀层及其制备方法。
背景技术
现有的架空导线仍主要以钢芯铝绞线为主。空气中存在的高浓度盐分、酸性气体、粉尘等对铝线和钢芯线易造成侵蚀，降低导线的整体抗拉力，同时造成导线的有效输电截面会有一定程度的降低，严重时甚至出现铝线、钢芯的断股、断线现象被迫停电检修。据统计，长期运行在严重腐蚀环境下的导线的实际使用寿命会降低到10年甚至5年以下，对输电线路的安全运行提出了严重挑战。
架空导线的环境腐蚀行为和防护技术既是当前架空输电技术的研究热点，也是亟需解决的关键技术问题之一。钢芯线作为导线的主要承重部分，其腐蚀部分是钢芯铝绞线失效的重要部分，传统热浸镀纯锌镀层的防腐手段已越来越无法满足架空导线用钢芯线腐蚀防护的要求。目前用于钢芯线防腐镀层的合金镀层有锌铝合金镀层、锌镍合金镀层、锌钛合金镀层等，这些镀层在提高钢芯线防腐寿命方面扮演着重要的角色，但由于成本过高，技术不成熟等缺点都没有得到大规模的推广和应用。因此，研发适用于输电线路架空导线用钢芯线的长效防腐、技术性和经济性较好的新型合金镀层，对提高输电线路整体的防腐寿命，降低输电线路的腐蚀防护运维成本，保障电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。
CN101186998A号中国专利公开了一种输电线路杆塔长效防腐合金镀层及其制备工艺，和CN103985481A号中国专利公开了一种稀土锌铝合金镀层钢绞线及其制备方法；现有技术所得到的镀层成本均过于高昂，制备工艺复杂，得到的产品的防腐性能满足不了现实的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种架空导线用钢芯线的高耐蚀合金镀层及其制备工艺，针对现有技术的不足，本发明的钢芯线用新型合金镀层能够有效提高电力行业架空导线用钢芯线的防腐寿命，在不提高镀层厚度的同时，使防腐寿命较工业热浸镀纯锌镀层提高10倍以上，制备工艺简单，现有的热镀锌设备完全可以实现工业生产需求。
为了达到上述目的，本发明提供了采用下述技术方案：
一种钢芯线防腐合金镀层，镀层由按质量百分比计的以下组份组成：铝10～15％，稀土0.02～0.15％，铜0.002～0.01％，镍0.002～0.01％，铁<0.075％，硅<0.014％，余量为锌和不可避免的杂质。
一种钢芯线防腐合金镀层的第二优选方案，铝11～15％、稀土0.02～0.10％、铜0.002～0.005％和镍0.002～0.005％。
一种钢芯线防腐合金镀层的第三优选方案，铝12％、稀土0.05％、铜0.005％和镍0.005％。
一种钢芯线防腐合金镀层的第四优选方案，稀土为镧和铈混合稀土。
一种钢芯线防腐合金镀层的第五优选方案，混合稀土中镧和铈的质量比为1:3～3:1。
一种钢芯线防腐合金镀层的第六优选方案，混合稀土中镧和铈的质量比为1:1。
一种钢芯线防腐合金镀层的制备方法，包括以下步骤：
(1)钢盘条弯曲剥壳制成钢丝；
(2)涂敷拉拔；
(3)热处理；
(4)超声波清洗；
(5)助镀剂处理；
(6)干燥处理；
(7)热浸镀；
(8)氮气抹拭；
(9)冷却收线。
一种钢芯线防腐合金镀层的制备方法的第一方案，步骤(5)中助镀剂处理在40～90℃下处理10～20s。
一种钢芯线防腐合金镀层的制备方法的第二方案，步骤(5)中助镀剂由按质量百分比计的下述组份制成：ZnCl250％～80％、KOH5％～20％、NH4Cl5％～20％、金属氧化物1％～10％；所述金属氧化物为ZnO与Al2O3质量比为1:1～1:4的组合物。
一种钢芯线防腐合金镀层的制备方法的第三方案，步骤(6)中在40～60℃下干燥处理5～10s。
本发明采用的各合金元素作用机理如下：
锌：合金镀层的主要成分，在腐蚀的过程中作为腐蚀阳极，通过牺牲自身以保护输电线路杆塔基体金属。
铝：Al元素在该含量范围内可与Zn形成金属间化合物，形成粘附镀层的媒介质，使镀层的附着力增强，且在合金镀层晶体生长过程中，可在镀层表面形成Al2O3薄膜保护合金镀层，提高整体镀层的耐腐蚀寿命。
铜：微合金元素，使镀层与基体间的过渡层厚度降低，改善镀层与基体的结合性。
镍：微合金元素，细化晶粒，提高合金镀层的韧性，改善合金镀层在低温环境下与基体金属之间的结合力。
稀土(La和Ce混合稀土)：微合金元素，由于稀土具有突出的化学活性和很强的亲和力，使锌铝熔液粘度大为降低，提高锌液流动性，降低锌液润湿角和表面张力，提高镀层均匀性，且镀液中的杂质得到净化，从而改善了对钢基体的浸润性，使合金镀层形成光亮完整的镀层，表面耐腐蚀性、成形性得到较大的提高和改善。
铁和硅：微合金元素，微量的增加可以提高镀层合金的抗拉强度，大大降低其伸长率。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的一种架空导线用钢芯线防腐合金镀层具有以下优异效果：
1)本发明的合金镀层具有优异的耐腐蚀性能：以黄锈出现时间作为合金镀层失效标准，在镀层厚度相同的条件下，本发明合金镀层的耐腐蚀性较热镀纯锌镀层提高10倍以上；以盐雾试验失重作为合金镀层耐腐蚀考核标准，在镀层厚度相同的条件下，本发明合金镀层的耐腐蚀性较工业热镀纯锌镀层提高10倍以上；
2)本发明的合金镀层使架空导线用钢芯线在复杂强腐蚀环境条件大大延长了现有钢绞线的使用寿命；
3)本发明的合金镀层的制备工艺简单，成本低，利用现有的热镀锌设备完全可实现工业生产需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步详细说明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的钢芯线合金镀层，其中合金镀层的成分组成(质量百分比)：铝15％、稀土0.02％、铜0.002％、镍0.005％、铁0.075％、硅0.014％，余量为锌。稀土为镧和铈的质量比为1:3。
以盐雾试验失重作为合金镀层耐腐蚀考核标准，在镀层厚度相同的条件下，合金镀层耐腐蚀性较工业热浸镀纯锌提高10.4倍。
制备工艺，包含以下步骤：
1)将附着在钢盘条上的氧化皮通过剥壳机的弯曲导轮及钢丝轮刷剥离制成钢丝；
2)采用无酸拉拔压力装置进行强制涂覆拉拔；
3)将钢丝通过热处理炉加热，获得表面洁净的半成品，热处理温度为450℃；
4)利用超声波清洗槽对加热后的钢丝表面进行脱脂清洗；
5)将钢丝以8m/min的速度进入助镀剂溶液中，助镀温度为40℃，助镀时间为20s；所述助镀剂配方，按质量百分比计由下述组份组成：ZnCl250％％、KOH20％、NH4Cl20％、金属氧化物10％，其中金属氧化物为ZnO、Al2O3组合，且ZnO与Al2O3的质量比为1:1；
6)干燥处理：将钢丝表面残留的助镀剂烘干，烘干温度为40℃，烘干时间10s；
7)热浸镀：将步骤6)处理的钢丝烘至表面泛白后立即于浸入盛有合金镀液的陶瓷镀锌锅中浸镀，利用多金属快速同步变形，使得钢丝表面生成镀层。控制浸镀时间保证镀层质量大于400g/m2；
8)氮气抹拭：于300℃和0.01MPa氮气压力下氮气抹拭经热浸镀处理的；抹拭过程中，喷气嘴与钢丝的夹角为45°；
9)冷却：用风冷和/或水冷方式将工件冷却至室温，采用梅花收线机收线，得到产品。
实施例2
本实施例的钢芯线合金镀层，其中合金镀层的组分：铝12％、稀土0.05％、铜0.005％、镍0.002％、铁0.074％、硅0.013％，余量为锌。稀土为镧和铈的质量比为3:1。
以盐雾试验失重作为合金镀层耐腐蚀考核标准，在镀层厚度相同的条件下，合金镀层耐腐蚀性较工业热浸镀纯锌提高10.5倍。
本实例的输电线路杆塔合金镀层的制备工艺，包含以下步骤：
1)将附着在钢盘条上的氧化皮通过剥壳机的弯曲导轮及钢丝轮刷剥离制成钢丝；
2)采用无酸拉拔压力装置进行强制涂覆拉拔；
3)将钢丝通过热处理炉加热，获得表面洁净的半成品，热处理温度为500℃；
4)利用超声波清洗槽对加热后的钢丝表面进行脱脂清洗；
5)将钢丝以15m/min的速度进入助镀剂溶液中，助镀温度为50℃，助镀时间为18s；所述助镀剂配方，按质量百分比计由下述组份组成：ZnCl260％％、KOH16％、NH4Cl16％、金属氧化物8％，其中金属氧化物为ZnO、Al2O3组合，且ZnO与Al2O3的质量比为1:2；
6)干燥处理：将钢丝表面残留的助镀剂烘干，烘干温度为45℃，烘干时间8s；
7)热浸镀：将步骤6)处理的钢丝烘至表面泛白后立即于浸入盛有合金镀液的陶瓷镀锌锅中浸镀，利用多金属快速同步变形，使得钢丝表面生成镀层。控制浸镀时间保证镀层质量大于400g/m2；
8)氮气抹拭：于320℃和0.05MPa氮气压力下氮气抹拭经热浸镀处理的；抹拭过程中，喷气嘴与钢丝的夹角为45°；
9)冷却：用风冷和/或水冷方式将工件冷却至室温，采用梅花收线机收线，得到产品。
实施例3
本实施例的钢芯线合金镀层，其中合金镀层的成分组成(质量百分比)：铝10％、稀土0.15％、铜0.01％、镍0.01％、铁0.072％、硅0.012％，余量为锌。稀土为镧和铈的质量比为1:1。
以盐雾试验失重作为合金镀层耐腐蚀考核标准，在镀层厚度相同的条件下，合金镀层耐腐蚀性较工业热浸镀纯锌提高10.8倍。
本实例的输电线路杆塔合金镀层的制备工艺，包含以下步骤：
1)将附着在钢盘条上的氧化皮通过剥壳机的弯曲导轮及钢丝轮刷剥离制成钢丝；
2)采用无酸拉拔压力装置进行强制涂覆拉拔；
3)将钢丝通过热处理炉加热，获得表面洁净的半成品，热处理温度为550℃；
4)利用超声波清洗槽对加热后的钢丝表面进行脱脂清洗；
5)将钢丝以12m/min的速度进入助镀剂溶液中，助镀温度为70℃，助镀时间为15s；所述助镀剂配方，按质量百分比计由下述组份组成：ZnCl270％％、KOH10％、NH4Cl15％、金属氧化物5％，其中金属氧化物为ZnO、Al2O3组合，且ZnO与Al2O3的质量比为1:3；
6)干燥处理：将钢丝表面残留的助镀剂烘干，烘干温度为50℃，烘干时间6s；
7)热浸镀：将步骤6)处理的钢丝烘至表面泛白后立即于浸入盛有合金镀液的陶瓷镀锌锅中浸镀，利用多金属快速同步变形，使得钢丝表面生成镀层。控制浸镀时间保证镀层质量大于400g/m2；
8)氮气抹拭：于350℃和0.05MPa氮气压力下氮气抹拭经热浸镀处理的；抹拭过程中，喷气嘴与钢丝的夹角为45°；
9)冷却：用风冷和/或水冷方式将工件冷却至室温，采用梅花收线机收线，得到产品。
实施例4
本实施例的钢芯线合金镀层，其中合金镀层的组分：铝11％、稀土0.10％、铜0.02％、镍0.01％、铁0.074％、硅0.012％，余量为锌。稀土为镧和铈的质量比为1:2。
以盐雾试验失重作为合金镀层耐腐蚀考核标准，在镀层厚度相同的条件下，合金镀层耐腐蚀性较工业热浸镀纯锌提高10.3倍。
本实例的输电线路杆塔合金镀层的制备工艺，包含以下步骤：
1)将附着在钢盘条上的氧化皮通过剥壳机的弯曲导轮及钢丝轮刷剥离制成钢丝；
2)采用无酸拉拔压力装置进行强制涂覆拉拔；
3)将钢丝通过热处理炉加热，获得表面洁净的半成品，热处理温度为600℃；
4)利用超声波清洗槽对加热后的钢丝表面进行脱脂清洗；
5)将钢丝以10m/min的速度进入助镀剂溶液中，助镀温度为90℃，助镀时间为10s；所述助镀剂配方，按质量百分比计由下述组份组成：ZnCl280％％、KOH5％、NH4Cl5％、金属氧化物5％，其中金属氧化物为ZnO、Al2O3组合，且ZnO与Al2O3的质量比为1:4；
6)干燥处理：将钢丝表面残留的助镀剂烘干，烘干温度为60℃，烘干时间5s；
7)热浸镀：将步骤6)处理的钢丝烘至表面泛白后立即于浸入盛有合金镀液的陶瓷镀锌锅中浸镀，利用多金属快速同步变形，使得钢丝表面生成镀层。控制浸镀时间保证镀层质量大于400g/m2；
8)氮气抹拭：于350℃和0.02MPa氮气压力下氮气抹拭经热浸镀处理的；抹拭过程中，喷气嘴与钢丝的夹角为45°；
9)冷却：用风冷和/或水冷方式将工件冷却至室温，采用梅花收线机收线，得到产品。
实施例5
本实施例的钢芯线合金镀层，其中合金镀层的组分：铝12％、稀土0.05％、铜0.005％、镍0.005％，余量为锌。稀土为镧和铈的质量比为2:1。
以盐雾试验失重作为合金镀层耐腐蚀考核标准，在镀层厚度相同的条件下，合金镀层耐腐蚀性较工业热浸镀纯锌提高10.2倍。
本实例的输电线路杆塔合金镀层的制备工艺，包含以下步骤：
1)将附着在钢盘条上的氧化皮通过剥壳机的弯曲导轮及钢丝轮刷剥离制成钢丝；
2)采用无酸拉拔压力装置进行强制涂覆拉拔；
3)将钢丝通过热处理炉加热，获得表面洁净的半成品，热处理温度为600℃；
4)利用超声波清洗槽对加热后的钢丝表面进行脱脂清洗；
5)将钢丝以12m/min的速度进入助镀剂溶液中，助镀温度为60℃，助镀时间为15s；所述助镀剂配方，按质量百分比计由下述组份组成：ZnCl265％、KOH12％、NH4Cl15％、金属氧化物5％，其中金属氧化物为ZnO、Al2O3组合，且ZnO与Al2O3的质量比为1:2；
6)干燥处理：将钢丝表面残留的助镀剂烘干，烘干温度为60℃，烘干时间5s；
7)热浸镀：将步骤6)处理的钢丝烘至表面泛白后立即于浸入盛有合金镀液的陶瓷镀锌锅中浸镀，利用多金属快速同步变形，使得钢丝表面生成镀层。控制浸镀时间保证镀层质量大于400g/m2；
8)氮气抹拭：于350℃和0.05MPa氮气压力下氮气抹拭经热浸镀处理的；抹拭过程中，喷气嘴与钢丝的夹角为45°；
9)冷却：用风冷和/或水冷方式将工件冷却至室温，采用梅花收线机收线，得到产品。
与现有镀锌钢绞线相比，本发明的合金镀层钢绞线各种性能见下表：
本发明制备的合金镀层钢绞线，可广泛适用于高压和超高压输电线路和架空地线，优异的耐腐蚀性能，较现有的工业热浸镀纯锌的耐腐蚀性提高10倍以上，且制备工艺简单，成本低，大大延长了现有钢绞线的使用寿命。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢芯线防腐合金镀层，其特征在于，所述镀层由按质量百分比计的以下组份组成：铝10～15％，稀土0.02～0.15％，铜0.002～0.01％，镍0.002～0.01％，铁<0.075％，硅<0.014％，余量为锌和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种钢芯线防腐合金镀层，其特征在于，所述铝11～15％、稀土0.02～0.10％、铜0.002～0.005％和镍0.002～0.005％。
3.根据权利要求1所述的一种钢芯线防腐合金镀层，其特征在于，所述铝12％、稀土0.05％、铜0.005％和镍0.005％。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种钢芯线防腐合金镀层，其特征在于，所述稀土为镧和铈混合稀土。
5.根据权利要求4所述的一种钢芯线防腐合金镀层，其特征在于，所述混合稀土中镧和铈的质量比为1:3～3:1。
6.根据权利要求4所述的一种钢芯线防腐合金镀层，其特征在于，所述混合稀土中镧和铈的质量比为1:1。
7.一种权利要求1所述的钢芯线防腐合金镀层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)钢盘条弯曲剥壳制成钢丝；
(2)涂敷拉拔；
(3)热处理；
(4)超声波清洗；
(5)助镀剂处理；
(6)干燥处理；
(7)热浸镀；
(8)氮气抹拭；
(9)冷却收线。
8.根据权利要求7所述的钢芯线防腐合金镀层的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中助镀剂处理在40～90℃下处理10～20s。
9.根据权利要求7所述的钢芯线防腐合金镀层的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中助镀剂由按质量百分比计的下述组份制成：ZnCl250％～80％、KOH5％～20％、NH4Cl5％～20％、金属氧化物1％～10％；所述金属氧化物为ZnO与Al2O3质量比为1:1～1:4的组合物。
10.根据权利要求7所述的钢芯线防腐合金镀层的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中在40～60℃下干燥处理5～10s。
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