CN111705287B - 一种电气绝缘设备金属表面处理防止c4f7n腐蚀的方法 - Google Patents

一种电气绝缘设备金属表面处理防止c4f7n腐蚀的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，步骤如下：1)对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，除去部件表面油污；2)对部件进行活化处理，活化部件金属表面；3)在部件表面镀铝；4)对部件表面进行氧化处理，在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜。本方法可以有效地防止气体绝缘介质C4F7N在较高温度时腐蚀电气绝缘设备内部的金属材料，延长电气绝缘设备使用寿命，同时，防止C4F7N与金属材料反应分解，保证绝缘气体的电气绝缘水平，避免影响电气设备的正常工作运行，防止产生毒性气体，并且操作流程简单，具有很好的工程应用价值。

Description

一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法
技术领域
本发明属于气体绝缘开关装置技术领域，具体涉及一种电气绝缘设备金属表面处理防止全氟异丁腈(C4F7N)气体腐蚀的方法。
背景技术
由于传统绝缘气体六氟化硫(SF6)带来的环境问题备受关注，国内外电气制造商积极寻找能够替代SF6气体的环保型绝缘气体。C4F7N气体绝缘性能良好，具有较低的温室效应潜能指数(GWP)，且化学性质稳定，急性吸入毒性低，是当下最具潜力的SF6替代气体之一。
C4F7N在实际应用过程中易腐蚀电气设备中的金属材料，不仅会使绝缘设备内金属部件性能劣化，导致沿面闪络电压下降、气体泄漏等问题，还会导致C4F7N 分解，降低绝缘性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N气体腐蚀的方法，在保持金属材料强度和良好导电性的同时，阻隔金属材料与C4F7N气体接触，避免金属材料在高温下被 C4F7N腐蚀，延长电气绝缘设备使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，步骤如下：
1)对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，除去部件表面油污；
2)对部件进行活化处理，活化部件金属表面；
3)在部件表面镀铝；
4)对部件表面进行氧化处理，在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜。
按上述方案，步骤3)在部件表面镀铝，铝层厚度为30～40μm。
按上述方案，步骤4)氧化铝薄膜厚度为10～15μm。
上述电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法具体步骤如下：
1)将电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件浸泡于30～110℃的清洗剂中，利用超声波清洗仪清洗除去金属部件表面污垢，随后用80～90℃的清水冲洗金属部件并干燥；
2)将步骤1)清洗后的部件放入90～100℃活化剂中浸泡，活化剂组分及质量百分配比为：5wt％Na2B4O7，1～1.5wt％NH4Cl，余量为水；
3)采用热浸镀铝法将步骤2)表面活化后的部件浸泡于浸镀液中在部件表面镀一层铝，浸镀液的成分及质量百分比为：5～6wt％Si，1～1.5wt％的Re，余量为 Al；
4)将步骤3)表面镀有铝层的部件冷却后置于氧气中进行氧化处理即得到成品。
按上述方案，步骤1)所述电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件材质选自铜，铜合金。
按上述方案，步骤1)所述清洗剂的组分及质量百分配比为：亚硝酸钠0.1～0.3％，碳酸钠0.3～0.6％，余量为水。
按上述方案，步骤1)所述超声波清洗仪功率为0.3～0.5W/cm2，超声清洗时间为10～15min。
按上述方案，步骤1)热水冲洗金属部件的时间为5～10min。
按上述方案，步骤1)所述干燥温度为25～60℃，干燥时间为2～4h。
按上述方案，步骤3)所述浸镀液温度为540～550℃，部件在浸镀液中浸镀的时间为3～5min。
按上述方案，步骤4)所述氧气体积浓度为99.99％以上，氧化处理温度为 300～400℃，氧化处理时间为2～4h。
本发明首先对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，然后对表面进行活化，再采用热浸镀铝法在金属部件表面镀一层铝，活化处理使部件表面所得铝层完整无孔隙，而通过在镀铝液中添加适当比例的Si和Re(稀土元素)能提高部件在常温或局部过热时的长期耐腐蚀性，提高镀层的加工性，同时还能减小铝膜厚度，最后对部件进行氧化处理在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜，有效避免了C4F7N与金属材料的相互接触，防止在过热情况下发生反应导致C4F7N分解和金属材料的腐蚀。
本发明的有益效果在于：本方法可以有效地防止气体绝缘介质C4F7N在较高温度时腐蚀电气绝缘设备内部的金属材料，延长电气绝缘设备使用寿命，同时，防止C4F7N与金属材料反应分解，保证绝缘气体的电气绝缘水平，避免影响电气设备的正常工作运行，防止产生毒性气体，并且操作流程简单，具有很好的工程应用价值。
附图说明
图1为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 170℃下暴露40小时后的照片及局部放大图；
图2为实施例1表面处理后所得样品在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中，170℃下暴露40小时后的照片及局部放大图；
图3为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 220℃下暴露40小时后表面的SEM图；
图4为实施例1表面处理后所得样品在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中，220℃下暴露40小时后表面的SEM图；
图5为10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体在不同温度下与未经处理的紫铜材料接触40小时后C4F7N的分解情况图；
图6为10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体在不同温度下与实施例1 表面处理后所得样品接触40小时后C4F7N的分解情况图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种电气绝缘设备金属部件(材质为紫铜)表面处理防止C4F7N气体腐蚀的方法，具体步骤如下：
1)对紫铜部件进行清洗：将紫铜部件浸泡于60℃的清洗剂(亚硝酸钠0.3wt％，碳酸钠0.5wt％，余量为水)中，采用超声波清洗仪(功率为0.5W/cm2) 对部件进行清洗，清洗时间为10min，随后用80～90℃清水冲洗金属部件5min，并在干燥机中于60℃下放置2h烘干；
2)将清洗后的部件放入90～100℃活化剂中浸泡，活化剂组分及质量百分配比为：5wt％Na2B4O7，1.5wt％NH4Cl，余量为水；
3)采用热浸镀铝法在金属部件表面镀铝：将表面活化后的金属部件浸泡在 550℃浸镀液中浸镀4min，浸镀液的成分及质量百分比为：5wt％Si，1.5wt％Re，余量为Al，在紫铜部件表面形成平整无孔隙的铝层，铝层厚度为30～40μm；
4)将表面镀有铝层的部件置于氧气中进行氧化处理：将镀铝后的金属部件常温冷却3h后在体积浓度为99.99％的氧气中于400℃下高温氧化处理3h，使得紫铜部件表面形成致密的氧化铝薄膜(氧化铝薄膜厚度为10～15μm)，取出自然冷却后即为成品。
图1为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 170℃下暴露40小时后的照片及局部放大图，图2为本实施例表面处理后所得样品在C4F7N/N2中，170℃下暴露40小时后的照片及局部放大图，可见未经处理的紫铜样品表面出现斑点，纹路较粗糙，而表面处理后所得样品表面未发生明显变化，纹路清晰。
图3为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 220℃下暴露40小时后表面的SEM图，图4为本实施例表面处理后所得样品在 C4F7N/N2中，220℃下暴露40小时后表面的SEM图，图3中在紫铜表面出现大量不规则晶体，表面结构更加蓬松，而图4表面处理后的样品表面由于存在氧化铝薄膜，表面形貌仍紧致完整，视野内腐蚀点较少。
图5为10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体在不同温度下与未经处理的紫铜材料接触40h后C4F7N的分解情况图，图6为10％C4F7N、90％N2(体积分数) 混合气体在不同温度下与本实施例表面处理后所得样品接触40h后C4F7N的分解情况图，纵坐标表示气体组分的浓度(单位ppm)，横坐标为仪器分析时间。由图5与图6对比可以看出，温度为120℃和170℃时，与本实施例表面处理后所得样品接触40h，C4F7N分解组分更少，说明C4F7N与本实施例表面处理后所得样品的相容性更好。在正常运行条件下，由于电流的热效应，载流的发电机组和开关触点会有一定的温升，同时由于触头接触不良等因素，GIS等设备内部可能出现局部过热现象，温度一般不超过170℃，采用本申请方法对电气绝缘设备金属部件进行表面处理后与C4F7N相容性好，具有实际应用价值。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤如下：具体步骤如下：
1）对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，除去部件表面油污：将电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件浸泡于30～110℃的清洗剂中，利用超声波清洗仪清洗除去金属部件表面污垢，随后用80~90℃的清水冲洗金属部件并干燥；
2）对部件进行活化处理，活化部件金属表面：将步骤1）清洗后的部件放入90~100℃活化剂中浸泡，活化剂组分及质量百分配比为：5wt%Na2B4O7，1~1.5wt%NH4Cl，余量为水；
3）在部件表面镀铝：采用热浸镀铝法将步骤2）表面活化后的部件浸泡于浸镀液中在部件表面镀一层铝，铝层厚度为30~40μm，浸镀液的成分及质量百分比为：5~6wt%Si，1~1.5wt%的Re，余量为Al；
4）对部件表面进行氧化处理，在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜：将步骤3）表面镀有铝层的部件冷却后置于氧气中进行氧化处理即得到成品，氧化铝薄膜厚度为10~15μm。
2.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤1）所述电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件材质选自铜，铜合金。
3.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤1）所述清洗剂的组分及质量百分配比为：亚硝酸钠0.1～0.3％，碳酸钠0.3～0.6％，余量为水。
4.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤1）所述超声波清洗仪功率为0.3~0.5W/cm2，超声清洗时间为10~15min。
5.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤1）清水冲洗金属部件的时间为5~10min，步骤1）所述干燥温度为25~60℃，干燥时间为2~4h。
6.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤3）所述浸镀液温度为540~550℃，部件在浸镀液中浸镀的时间为3~5min。
7.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤4）所述氧气体积浓度为99.99%以上，氧化处理温度为300~400℃，氧化处理时间为2~4h。
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