[发明专利]接地网NiP-DLC复合抗腐蚀防护涂层及制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于薄膜材料技术领域，尤其涉及一种接地网NiP-DLC复合抗腐蚀防护涂层及制备方法。

背景技术

电力接地是电力系统工作、防雷、安全的需要，是发电、变电和送电系统安全运行的重要安全屏障，是保证电力系统安全运行不可缺少的一部分。接地网敷设在地下，必然受到周围土壤环境的侵蚀和腐蚀，造成损失和破坏，长年累月，一旦因腐蚀使接地网接地电阻高于安全范围，即使还没有到断裂的程度，也很容易造成事故，甚至危及到人身安全。

随着变电站容量不断扩大，对接地网安全运行的要求越来越严格，对接地网热稳定性的要求也就越高。由于高压直流送电在我国才刚刚起步，对绝大多数材料保护工作者而言是一个比较陌生的领域；中性点接地体作为阳极在高压直流电解作用下腐蚀更快，更严重。

接地网腐蚀主要包括电化学腐蚀、化学腐蚀以及微生物腐蚀，其中电化学腐蚀最为严重。对于接地网腐蚀问题，目前主要防治措施有三种：一是阴极保护法，该方法效果较好，但实时监测困难，成本较高；第二类是采用铜质接地网，该方法成本很高，在酸性土壤中耐蚀性不如碳钢，同时其腐蚀产物会造成水体以及土壤污染；第三种方法是在传统接地网材料表面增加防护涂层，该方法相对于前两种方法成本更低，效果也更好。目前接地网防护涂层主要包括镀锌和包铜两类，镀锌钢属于牺牲阳极的保护方法，因为阳极的快速溶解而导致保护周期过短；铜包钢则同样因为铜腐蚀的原因存在一些问题，另外铜钢复合材料的制造方法存在一定技术垄断与封锁。

NiP合金涂层在1952年合成，随着镀液及工艺改变可获得P含量不同的NiP涂层，一些研究表明NiP合金涂层在中碳钢表面生长速度较快，能够形成25μm以上厚度的NiP合金涂层；同时NiP合金涂层具有良好抗腐蚀能力，氧化后产物于环境无害，属于环境友好型产物。相对而言高P含量的NiP合金涂层在具有以上性能的同时，还具有良好的抗生物腐蚀性能。但是NiP合金涂层的硬度以及抗氧化能力稍显不足。

类金刚石膜（DLC）是一种主要由sp²键和sp³键组成的混合无序的亚稳态的非晶碳膜，具有低摩擦系数、高硬度、高弹性模量、高耐磨性和热导率、良好的化学稳定性和抗腐蚀能力等一系列独特性能。80年代以来，DLC一直是全世界研究的热点。DLC涂层是目前使用较为广泛的耐磨和自润滑涂层，其制备方法主要包括物理气相沉积和化学气相沉积。物理气相沉积（PVD）技术容易获得较硬的涂层和较低的摩擦系数。纯碳DLC涂层具有较低的摩擦系数，以及很高的硬度与电导率，同时有研究表明DLC涂层具有很好的抗氧化与抗化学腐蚀能力。NiP合金涂层和DLC涂层在沉积工艺上已经完全实现国产化，不受外国技术封锁困扰，具备大规模生产能力。

近年来国内已有大量针对接地网的腐蚀行为与诊断的研究，但是对于新的防护性涂层研发试验则少有人关注。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种可显著提高接地网耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性的接地网NiP-DLC复合抗腐蚀防护涂层及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种接地网NiP-DLC复合抗腐蚀防护涂层，包括覆在接地网材料上的NiP合金涂层和覆在NiP合金涂层上的纯碳类金刚石涂层，其中，NiP合金涂层为抗腐蚀涂层，纯碳类金刚石涂层为高硬度抗氧化涂层。

上述接地网材料为Q235钢材。

上述NiP-DLC复合抗腐蚀防护涂层厚度为23~30微米，其中，NiP合金涂层厚度为20~28微米，纯碳类金刚石涂层厚度不大于2微米。

作文优选，NiP合金涂层中P含量为NiP合金的11-15at.%。

上述接地网NiP-DLC复合抗腐蚀防护涂层的制备方法，包括步骤：

步骤1，采用化学镀在接地网材料表面沉积NiP合金涂层；

步骤2，在真空腔内采用阳极层离子源在NiP合金涂层表面沉积纯碳类金刚石涂层。

作为优选，在步骤1之前，对接地网材料表面进行磨制抛光，使接地网材料表面粗糙度Ra不大于0.5，并采用超声波清洗。

作为优选，步骤1中沉积NiP合金涂层的工艺条件为：镀液pH=4~5，镀液温度90~100℃，镀液包含硫酸镍、次磷酸钠、乳酸和烧碱，其中，硫酸镍浓度为30g/L，次磷酸钠浓度为30g/L，乳酸浓度为25g/L，烧碱浓度为5g/L。