CN107012411A - 一种土壤接地网用合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤接地网用合金材料的制备方法，属于金属材料的技术领域。本发明先将铁、硅等金属加热熔融，然后在拉丝液的润滑下拉丝、退火得到合金纤维，再将碳纤维与树脂进行混合发酵，在微生物作用下，将树脂基团引入碳纤维中，得到改性碳纤维，再将多巴胺盐酸盐溶解后，与碳纤维进行接枝后再包裹于合金表面，多巴胺可自发粘附于金属表面，形成聚合物，且可络合金属离子形成保护层，防止金属被腐蚀，掺杂银粉可使聚多巴胺形成导电体，而碳纤维具有高导电性，耐酸、碱腐蚀性，最后再压制即可得到土壤接地网用合金材料，本发明所得的土壤接地网用合金材料的耐腐蚀性能好，不易断裂，稳定性好，使用寿命长，所需成本低，制得推广使用。

Description

一种土壤接地网用合金材料的制备方法

技术领域

本发明公开了一种土壤接地网用合金材料的制备方法，属于金属材料的技术领域。

背景技术

接地网是保证发电、变电和输电系统设备安全运行和人身安全的必须设施。理想的接地网材料应满足以下要求：（1）能承受强大接地电流的热稳定性；（2）对于变电站所处地区的土壤环境具有良好的耐蚀性，满足对接地网使用寿命的要求；（3）资源丰富、获取方便、成本适中；（4）易于加工成型和施工；（5）对周围邻近的钢构架不产生加速腐蚀的影响。由于资源、经济等原因，我国接地网材料主要采用镀锌碳钢，这种材料长期处于复杂的土壤环境中，腐蚀不可避免。根据文献报道，我国电力接地网腐蚀状况比较严重，几乎每个省内电力接地网都存在不同程度的腐蚀，尤其是潮湿多雨的华南、华中地区，运行3～5年的镀锌钢出现严重腐蚀，甚至腐蚀断裂，造成多起设备损坏和停电事故。

目前，国内外接地网常用的防护措施有：（1）换用铜或铜包钢材料；（2）实施阴极保护；（3）材料上包裹降阻剂；（4）材料上涂刷导电涂料。但是采用的这些防护措施仍然存在不少缺陷，如阴极保护，其施工虽然简单，但维护费用大；再如降阻剂，其施工难度大且防腐性能发挥依赖特定环境；如果采取换用铜或铜包钢，虽然这种材料在普通土壤中非常耐腐蚀，但价格昂贵，又容易污染土壤，且腐蚀附近钢架结构电偶；而如果采用导电防腐涂料又存在老化快的问题，涂料一旦破裂其局部将受到腐蚀。因此保证接地材料性能的稳定性及耐腐蚀性，延长接地网的使用寿命，降低电网运营成本，是电力系统安全经济生产所迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前使用的接地网材料的耐腐蚀性能差，易断裂，造成设备的损坏和停电事故，同时稳定性差，使用寿命短，导致运营成本高的缺陷，提供了一种将合金纤维掺杂银粉的聚多巴胺包裹后，再于外面包裹一层表面具有树脂基团的碳纤维来制备土壤接地网用合金材料的方法，本发明首先将

铁、硅等金属加热熔融得熔融混合液，然后在拉丝液的润滑作用下拉丝、退火得到合金纤维，再将碳纤维与树脂进行混合发酵，在微生物作用下，将树脂基团引入碳纤维中，得到改性碳纤维，再将多巴胺盐酸盐溶解后，与碳纤维进行接枝后再包裹于合金表面，多巴胺可自发粘附于金属表面，形成聚合物，且可络合金属离子形成保护层，防止金属被腐蚀，掺杂银粉可使聚多巴胺形成导电体，而碳纤维具有高导电性，耐酸、碱腐蚀性，最后再压制即可得到土壤接地网用合金材料，

本发明所得的土壤接地网用合金材料的耐腐蚀性能好，不易断裂，稳定性好，使用寿命长，所需成本低，制得推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

（1）称取500～600g铁、700～800g硅、800～1000g锰、60～100g镍、30～40g钼、80～120g铜、15～20g铌，加入到石墨坩埚中，并对其进行加热至1200～1300℃，保温熔融3～4h，得到熔融混合液；

（2）称取15～20g葡萄糖酸钙、8～12g硬脂酸丁酯、3～5g十二烷基苯磺酸钠、1～3g油酸甲酯加入到盛有100～200g水的烧杯中，搅拌混合15～20min，得到拉丝液，再将上述熔融混合液进行热轧，制得直径为5～8mm的坯料，将坯料置于拉丝机中，以拉丝液为润滑剂进行拉丝，控制拉丝次数为5～8次，拉丝的伸缩率为55～65%，待拉丝结束，将拉丝后的合金置于25～30℃水中进行退火处理，得到合金纤维，备用；

（3）称取300～400g碳纤维加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛物，将过筛物、阿拉伯树胶、水按质量比1:1:5，加入到烧杯中，搅拌混合5～10min，得到发酵底物，将发酵底物置于发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%枯草芽孢杆菌菌种，控制发酵罐温度为30～40℃，发酵6～8天，待发酵结束，收集发酵产物，将产物移入灭菌罐中，于95～100℃下灭菌5～10min，将灭菌后的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理5～10min，收集沉淀，将沉淀用水洗涤3～5次，得到改性碳纤维；

（4）称取30～40g多巴胺盐酸盐加入到盛有300～400mLN-甲基吡咯烷酮的烧杯中，将烧杯移入数显恒温测速搅拌器中，于温度为80～90℃，转速为300～400r/min下，搅拌溶解60～90min后，过滤，收集滤液，将滤液加入到三口烧瓶中，再向烧瓶中加入上述改性碳纤维、0.3～0.5g二月桂酸二丁基锡和15～20g银粉，将烧杯移入水浴锅中，控制温度为70～80℃，搅拌反应3～4h后，再加入步骤（2）备用的合金纤维，继续搅拌反应1～2h，反应结束收集产物，将产物过滤，收集滤渣；

（5）将上述滤渣加入到碾压机中，碾压成10～12mm的坯料，将坯料自然冷却至室温后，将坯料用水洗涤3～5次，得到除杂后的坯料，将除杂后的坯料自然晾干，即可得到土壤接地网用合金材料。

本发明的应用方法是：将本发明所得的土壤接地网用合金材料加工成边宽为45～55mm，长为2.3～2.6m的角钢，并将其中一端制作成尖头，随后将尖头那端垂直打入地下，控制角钢顶端离地面的距离为0.6～0.8m，使用数量为3根，控制每个角钢之间的直线距离为6～8m，随后用边宽为35～45mm的角钢将其焊接连通即可，经检测，本发明所得的土壤接地网用合金材料的抗拉强度为800～1000MPa，电阻为0.5～0.8Ω，使用2～3年并未发现有腐蚀现象，耐腐蚀性能好，使用寿命较目前使用的接地网材料延长了1～2年。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明所得的土壤接地网用合金材料的耐腐蚀性能好，导电性能佳，对土壤无污染；

（2）本发明所得的土壤接地网用合金材料不易断裂，稳定性好，使用寿命长，所需成本低，制得推广使用。

具体实施方式

称取500～600g铁、700～800g硅、800～1000g锰、60～100g镍、30～40g钼、80～120g铜、15～20g铌，加入到石墨坩埚中，并对其进行加热至1200～1300℃，保温熔融3～4h，得到熔融混合液；称取15～20g葡萄糖酸钙、8～12g硬脂酸丁酯、3～5g十二烷基苯磺酸钠、1～3g油酸甲酯加入到盛有100～200g水的烧杯中，搅拌混合15～20min，得到拉丝液，再将上述熔融混合液进行热轧，制得直径为5～8mm的坯料，将坯料置于拉丝机中，以拉丝液为润滑剂进行拉丝，控制拉丝次数为5～8次，拉丝的伸缩率为55～65%，待拉丝结束，将拉丝后的合金置于25～30℃水中进行退火处理，得到合金纤维，备用；称取300～400g碳纤维加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛物，将过筛物、阿拉伯树胶、水按质量比1:1:5，加入到烧杯中，搅拌混合5～10min，得到发酵底物，将发酵底物置于发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%枯草芽孢杆菌菌种，控制发酵罐温度为30～40℃，发酵6～8天，待发酵结束，收集发酵产物，将产物移入灭菌罐中，于95～100℃下灭菌5～10min，将灭菌后的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理5～10min，收集沉淀，将沉淀用水洗涤3～5次，得到改性碳纤维；称取30～40g多巴胺盐酸盐加入到盛有300～400mLN-甲基吡咯烷酮的烧杯中，将烧杯移入数显恒温测速搅拌器中，于温度为80～90℃，转速为300～400r/min下，搅拌溶解60～90min后，过滤，收集滤液，将滤液加入到三口烧瓶中，再向烧瓶中加入上述改性碳纤维、0.3～0.5g二月桂酸二丁基锡和15～20g银粉，将烧杯移入水浴锅中，控制温度为70～80℃，搅拌反应3～4h后，再加入备用的合金纤维，继续搅拌反应1～2h，反应结束收集产物，将产物过滤，收集滤渣；将上述滤渣加入到碾压机中，碾压成10～12mm的坯料，将坯料自然冷却至室温后，将坯料用水洗涤3～5次，得到除杂后的坯料，将除杂后的坯料自然晾干，即可得到土壤接地网用合金材料。

实例1

称取500g铁、700g硅、800g锰、60g镍、30g钼、80g铜、15g铌，加入到石墨坩埚中，并对其进行加热至1200℃，保温熔融3h，得到熔融混合液；称取15g葡萄糖酸钙、8g硬脂酸丁酯、3g十二烷基苯磺酸钠、1g油酸甲酯加入到盛有100g水的烧杯中，搅拌混合15min，得到拉丝液，再将上述熔融混合液进行热轧，制得直径为5mm的坯料，将坯料置于拉丝机中，以拉丝液为润滑剂进行拉丝，控制拉丝次数为5次，拉丝的伸缩率为55%，待拉丝结束，将拉丝后的合金置于25℃水中进行退火处理，得到合金纤维，备用；称取300g碳纤维加入到粉碎机中粉碎，过80目筛，收集过筛物，将过筛物、阿拉伯树胶、水按质量比1:1:5，加入到烧杯中，搅拌混合5min，得到发酵底物，将发酵底物置于发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%枯草芽孢杆菌菌种，控制发酵罐温度为30℃，发酵6天，待发酵结束，收集发酵产物，将产物移入灭菌罐中，于95℃下灭菌5min，将灭菌后的物料置于离心机中，以4000r/min的转速离心处理5min，收集沉淀，将沉淀用水洗涤3次，得到改性碳纤维；称取30g多巴胺盐酸盐加入到盛有300mLN-甲基吡咯烷酮的烧杯中，将烧杯移入数显恒温测速搅拌器中，于温度为80℃，转速为300r/min下，搅拌溶解60min后，过滤，收集滤液，将滤液加入到三口烧瓶中，再向烧瓶中加入上述改性碳纤维、0.3g二月桂酸二丁基锡和15g银粉，将烧杯移入水浴锅中，控制温度为70℃，搅拌反应3h后，再加入备用的合金纤维，继续搅拌反应1h，反应结束收集产物，将产物过滤，收集滤渣；将上述滤渣加入到碾压机中，碾压成10mm的坯料，将坯料自然冷却至室温后，将坯料用水洗涤3次，得到除杂后的坯料，将除杂后的坯料自然晾干，即可得到土壤接地网用合金材料。

将本发明所得的土壤接地网用合金材料加工成边宽为45mm，长为2.3m的角钢，并将其中一端制作成尖头，随后将尖头那端垂直打入地下，控制角钢顶端离地面的距离为0.6m，使用数量为3根，控制每个角钢之间的直线距离为6m，随后用边宽为35mm的角钢将其焊接连通即可，经检测，本发明所得的土壤接地网用合金材料的抗拉强度为800MPa，电阻为0.5Ω，使用2年并未发现有腐蚀现象，耐腐蚀性能好，使用寿命较目前使用的接地网材料延长了1年。

实例2

称取600g铁、800g硅、1000g锰、100g镍、40g钼、120g铜、20g铌，加入到石墨坩埚中，并对其进行加热至1300℃，保温熔融4h，得到熔融混合液；称取20g葡萄糖酸钙、12g硬脂酸丁酯、5g十二烷基苯磺酸钠、3g油酸甲酯加入到盛有200g水的烧杯中，搅拌混合20min，得到拉丝液，再将上述熔融混合液进行热轧，制得直径为8mm的坯料，将坯料置于拉丝机中，以拉丝液为润滑剂进行拉丝，控制拉丝次数为8次，拉丝的伸缩率为65%，待拉丝结束，将拉丝后的合金置于30℃水中进行退火处理，得到合金纤维，备用；称取400g碳纤维加入到粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛物，将过筛物、阿拉伯树胶、水按质量比1:1:5，加入到烧杯中，搅拌混合10min，得到发酵底物，将发酵底物置于发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%枯草芽孢杆菌菌种，控制发酵罐温度为40℃，发酵8天，待发酵结束，收集发酵产物，将产物移入灭菌罐中，于100℃下灭菌10min，将灭菌后的物料置于离心机中，以5000r/min的转速离心处理10min，收集沉淀，将沉淀用水洗涤5次，得到改性碳纤维；称取40g多巴胺盐酸盐加入到盛有400mLN-甲基吡咯烷酮的烧杯中，将烧杯移入数显恒温测速搅拌器中，于温度为90℃，转速为400r/min下，搅拌溶解90min后，过滤，收集滤液，将滤液加入到三口烧瓶中，再向烧瓶中加入上述改性碳纤维、0.5g二月桂酸二丁基锡和18g银粉，将烧杯移入水浴锅中，控制温度为80℃，搅拌反应4h后，再加入备用的合金纤维，继续搅拌反应2h，反应结束收集产物，将产物过滤，收集滤渣；将上述滤渣加入到碾压机中，碾压成12mm的坯料，将坯料自然冷却至室温后，将坯料用水洗涤5次，得到除杂后的坯料，将除杂后的坯料自然晾干，即可得到土壤接地网用合金材料。

将本发明所得的土壤接地网用合金材料加工成边宽为55mm，长为2.6m的角钢，并将其中一端制作成尖头，随后将尖头那端垂直打入地下，控制角钢顶端离地面的距离为0.8m，使用数量为3根，控制每个角钢之间的直线距离为8m，随后用边宽为45mm的角钢将其焊接连通即可，经检测，本发明所得的土壤接地网用合金材料的抗拉强度为1000MPa，电阻为0.8Ω，使用3年并未发现有腐蚀现象，耐腐蚀性能好，使用寿命较目前使用的接地网材料延长了2年。

实例3

称取550g铁、750g硅、900g锰、80g镍、35g钼、100g铜、18g铌，加入到石墨坩埚中，并对其进行加热至1250℃，保温熔融3.5h，得到熔融混合液；称取17g葡萄糖酸钙、10g硬脂酸丁酯、4g十二烷基苯磺酸钠、2g油酸甲酯加入到盛有150g水的烧杯中，搅拌混合17min，得到拉丝液，再将上述熔融混合液进行热轧，制得直径为7mm的坯料，将坯料置于拉丝机中，以拉丝液为润滑剂进行拉丝，控制拉丝次数为7次，拉丝的伸缩率为60%，待拉丝结束，将拉丝后的合金置于28℃水中进行退火处理，得到合金纤维，备用；称取350g碳纤维加入到粉碎机中粉碎，过90目筛，收集过筛物，将过筛物、阿拉伯树胶、水按质量比1:1:5，加入到烧杯中，搅拌混合7min，得到发酵底物，将发酵底物置于发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%枯草芽孢杆菌菌种，控制发酵罐温度为35℃，发酵7天，待发酵结束，收集发酵产物，将产物移入灭菌罐中，于98℃下灭菌7min，将灭菌后的物料置于离心机中，以4500r/min的转速离心处理7min，收集沉淀，将沉淀用水洗涤4次，得到改性碳纤维；称取35g多巴胺盐酸盐加入到盛有350mLN-甲基吡咯烷酮的烧杯中，将烧杯移入数显恒温测速搅拌器中，于温度为85℃，转速为350r/min下，搅拌溶解75min后，过滤，收集滤液，将滤液加入到三口烧瓶中，再向烧瓶中加入上述改性碳纤维、0.4g二月桂酸二丁基锡和20g银粉，将烧杯移入水浴锅中，控制温度为75℃，搅拌反应3.5h后，再加入备用的合金纤维，继续搅拌反应1.5h，反应结束收集产物，将产物过滤，收集滤渣；将上述滤渣加入到碾压机中，碾压成11mm的坯料，将坯料自然冷却至室温后，将坯料用水洗涤4次，得到除杂后的坯料，将除杂后的坯料自然晾干，即可得到土壤接地网用合金材料。

将本发明所得的土壤接地网用合金材料加工成边宽为50mm，长为2.5m的角钢，并将其中一端制作成尖头，随后将尖头那端垂直打入地下，控制角钢顶端离地面的距离为0.7m，使用数量为3根，控制每个角钢之间的直线距离为7m，随后用边宽为40mm的角钢将其焊接连通即可，经检测，本发明所得的土壤接地网用合金材料的抗拉强度为900MPa，电阻为0.6Ω，使用3年并未发现有腐蚀现象，耐腐蚀性能好，使用寿命较目前使用的接地网材料延长了2年。

Claims (1)

1.一种土壤接地网用合金材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取500～600g铁、700～800g硅、800～1000g锰、60～100g镍、30～40g钼、80～120g铜、15～20g铌，加入到石墨坩埚中，并对其进行加热至1200～1300℃，保温熔融3～4h，得到熔融混合液；

（2）称取15～20g葡萄糖酸钙、8～12g硬脂酸丁酯、3～5g十二烷基苯磺酸钠、1～3g油酸甲酯加入到盛有100～200g水的烧杯中，搅拌混合15～20min，得到拉丝液，再将上述熔融混合液进行热轧，制得直径为5～8mm的坯料，将坯料置于拉丝机中，以拉丝液为润滑剂进行拉丝，控制拉丝次数为5～8次，拉丝的伸缩率为55～65%，待拉丝结束，将拉丝后的合金置于25～30℃水中进行退火处理，得到合金纤维，备用；

（3）称取300～400g碳纤维加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛物，将过筛物、阿拉伯树胶、水按质量比1:1:5，加入到烧杯中，搅拌混合5～10min，得到发酵底物，将发酵底物置于发酵罐中，再向发酵罐中加入发酵底物质量5%枯草芽孢杆菌菌种，控制发酵罐温度为30～40℃，发酵6～8天，待发酵结束，收集发酵产物，将产物移入灭菌罐中，于95～100℃下灭菌5～10min，将灭菌后的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理5～10min，收集沉淀，将沉淀用水洗涤3～5次，得到改性碳纤维；

（4）称取30～40g多巴胺盐酸盐加入到盛有300～400mLN-甲基吡咯烷酮的烧杯中，将烧杯移入数显恒温测速搅拌器中，于温度为80～90℃，转速为300～400r/min下，搅拌溶解60～90min后，过滤，收集滤液，将滤液加入到三口烧瓶中，再向烧瓶中加入上述改性碳纤维、0.3～0.5g二月桂酸二丁基锡和15～20g银粉，将烧杯移入水浴锅中，控制温度为70～80℃，搅拌反应3～4h后，再加入步骤（2）备用的合金纤维，继续搅拌反应1～2h，反应结束收集产物，将产物过滤，收集滤渣；

（5）将上述滤渣加入到碾压机中，碾压成10～12mm的坯料，将坯料自然冷却至室温后，将坯料用水洗涤3～5次，得到除杂后的坯料，将除杂后的坯料自然晾干，即可得到土壤接地网用合金材料。