[发明专利]一种耐腐蚀的接地网金属陶瓷涂层材料及其制备装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀的接地网金属陶瓷涂层材料及其制备装置和方法。

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。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。由此而来，接地网防腐一直是电力系统的重要研究课题，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)材料上涂刷导电防腐涂料。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；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，涂料一旦脱落，其局部将腐蚀加速。随着经济的高速发展，环境污染越来越严重，在酸、碱、盐等化学浸蚀性土壤下，接地网腐蚀尤为严重，镀锌钢的使用寿命不到1年，而铜在酸性土壤中的耐蚀性还不如镀锌钢，因此，对于酸、碱、盐等化学浸蚀性土壤中接地网的腐蚀一直还没有很好的防护措施。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镍基氮化钛金属陶瓷抗腐蚀防护涂层制备方法及装置，能够有效地解决接地网腐蚀问题。

接地是电力系统正常运行、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，一旦因腐蚀致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。随着架空输电线路及变电站的数量、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。近年来，高压直流输电技术在我国的工程应用越来越多，但对绝大多数材料保护工作者对高压直流接地极的金属腐蚀问题还缺乏足够认识，因为高压直流接地极作为阳极在高压直流电解作用下本体腐蚀更快，更严重，且对附近地下金属物的腐蚀也比较突出。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，高压直流接地极造成的腐蚀即属于电化学腐蚀。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。1969年，山特维克可乐满公司利用化学气相沉积(CVD)技术在硬质合金上成功制备出碳化钛(TiC)涂层。在过去的几十年里，由物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)生产的TiN涂层在加工工具、机械零件以及装饰等工业领域得到了广泛的应用，随着制备技术的提高，可获得TiN含量不同的涂层，能够制备20μm以上厚度的金属陶瓷涂层，且TiN涂层呈波浪状多层组织，涂层组织致密，层间结合情况良好，具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱侵蚀、耐磨损以及良好的导电性、导热性等一系列优点。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以及在接地网防腐蚀方面的应用则少有人关注。

中国专利“一种具有阴极保护功能的防腐蚀新型接地体及其制作方法”《公开号：102544779A》提出了一种具有阴极保护功能的防腐蚀新型接地体及其制作方法，其通过在钢筋本体上设有一条或多条内宽外窄的阳极安装槽，在所述阳极安装槽内设有作为阳极的阳极材料，从而起到防止接地体被腐蚀，然而这一方法对接地体本身造成破坏，无法保证接地体的热稳定满足要求。

中国专利“防腐接地网”《公开号：202749522U》提出了一种牺牲阳极填料包的防腐蚀接地网，其通过将镁合金制成的阳极保护模块和粉末状阳极保护材料放入布袋内，并用导电线连接所述接地网的阳极的方法防止接地网腐蚀。然而采用阴极保护方法维护费用十分大，若维护不及时，亦无法防止接地网被腐蚀，没有从根本上解决问题。

发明内容