输变电线路铁塔用高耐蚀热浸锌合金的研发及应用

黄海 肖凯

摘要：输变电铁塔多建设在野外，由于其长期暴露在大气之中， 经受风雨雪霜等各种天气的综合影响，腐蚀环境较为恶劣，大气腐蚀占塔架总腐蚀损失的一半以上。钢结构的防腐有涂层法、阴极保护法、热喷涂锌、热浸镀锌等几种。热浸镀锌工业化程度高、维护成本较低，因此在电力杆塔结构上大量使用。

关键词：输电变 电塔 高耐蚀热浸锌

前言：

由于输变电铁塔一般应用的都是角钢，如果镀锌的效果没有达到理想的程度，同时又受到了恶劣环境的影响，如果是镀在没有上锌的那部分则会氧化并且出现铁锈的现象，另一方面，如果是在恶劣的潮湿环境当中，当铁锈又产生了电化学条件的反应，则会把铁锈给腐蚀掉。在实践工作当中，研究热镀锌的工艺我们发现，一般镀锌层一般是由外到内的，并且分为5层。在镀锌层的合金层当中，主要的形成过程包括两种：一种就是把铁溶解在锌中，而另一种则是形成的金属化合物。而在镀锌的过程当中其实就是一个形成金属化合物的过程，也就是所谓的反应过程。

1 输变电线路铁塔铁塔热浸镀锌定义及原理

将经过处理前的铁塔塔材浸入熔融的锌液中，在其表面形成鋅和（或）锌-铁合金层的工艺过程和方法称为热浸镀锌。将表面活化的塔材浸入熔融锌中，锌与钢接触发生反应，在钢材表面生成铁锌金属间化合物层。将塔材提出锌浴时，在铁—锌化合物层外会粘附一层纯锌， 热镀锌层是由铁—锌金属间化合物层和纯锌层组成。

2输变电铁塔塔材锌层质量要求

随着电力体制改革进一步深化，业主对铁塔产品的质量要求也在不断地提高，不仅对产品的适用性有要求，也对产品视觉的美观性提出了要求。塔材镀锌层表面应连续完整，并具有实用性光滑不出现比较明显的灰暗层（即“色差”）。塔材厚度小于5 mm 时，锌附着量必须不低于460 g/m2，即锌层厚度必须不低于65 μm；塔材厚度不小于5 mm时，锌附着量必须不低于610 g/m2，即锌层厚度必须不低于86 μm。锌层必须均匀，用硫酸铜溶液浸蚀4 次不露铁，且锌层必须与基本金属结合牢固，用0.25 kg小锤经锤击试验，锌层不剥离，不凸起。

3镀锌层形成的基理

钢制件与熔融的锌液之间， 是经过了相当复杂的物理、化学作用之后， 才在钢制件上形成一层锌层。当锌呈液态时， 对于一般金属无论其熔点高低，都能发生浸蚀和溶解作用。钢制件表面镀锌的实际过程， 是按下列步骤进行的：固体铁溶解；铁和锌结合成铁-锌合金化合物， 产生了铁-锌合金层；铁-锌合金层的外侧联结着纯锌层， 当冷却后纯锌层结晶， 在锌层的内侧联结着钢基体。因此， 热浸镀锌过程主要是由于扩散作用而形成镀锌层的过程。所谓扩散一般是指物质微粒（分子、原子）由于热运动而产生的迁移现象。

4对于热镀锌的生产工艺流程

电力铁塔热浸镀锌工艺流程铁塔塔材碱洗去油—水洗—酸洗去锈—水洗—溶剂活化助镀—烘烤—热浸镀—水冷—钝化—镀锌材成品。

5高耐蚀热浸锌合金的研发及应用

我国目前尚处在工业化快速发展时期，工业化的发展必将需要大量的电力能源，为此需要大量输变电设施。但作为输变电设施的电力杆塔、螺栓螺母、电气设备壳体支架等输变电钢构件长期暴露在各种环境大气中由于腐蚀生锈造成损毁，一直以来成为困扰电网公司的主要金属材料问题，使得电网安全、稳定运行存在大量隐患，同时造成大量资源和能源的浪费。

针对输变电钢构件腐蚀问题，国内的公司目前一般采取表面热浸镀锌保护层。广东地处亚热带热带湿热区，湿度超过80%的时间在200天以上，属于潮湿地区。海岸线长，海水和海洋大气中的氯离子（Cl-）弥漫了广大地区。这些事实说明，广东输变电钢构件所处环境比较苛刻。在苛刻的自然环境下，普通热镀锌的耐蚀性有时仍然满足不了实际应用要求，这就需要研发出防腐性能更优良的新型合金镀层；

为此需要提高输变电钢构件的耐蚀性，延长其使用寿命。因此进行新型锌基合金热镀层材料和相适应热镀技术研发，代替原使用的热浸镀锌镀层，进一步提高输变电钢构架的耐蚀性，延长其免维护的使用寿命。

钢铁研究总院在国家科技部以及有关企业的资助下，初步进行了高耐蚀热浸锌合金的研究开发工作，取得了一定的进展。初步研发出的高耐蚀热浸锌合金的耐蚀性相当于纯锌的2倍，尤其在海洋性气候条件下耐蚀性更佳。下面对我单位初步开发的高耐蚀热浸锌合金的性能及应用进行初步的介绍。

（1） 高耐蚀锌合金熔液状态及热浸镀试样

在450℃镀锌温度下，熔液表面平滑，干净无渣，无严重氧化皮。采用溶剂法工艺，在实验室进行热浸镀试验，在钢板及角钢表面均能镀覆上完整光滑、无缺陷的锌镀层。

（1）实验室坩埚中高耐蚀锌合金熔液状态

（2）热镀钢板表面高耐蚀锌合金镀层形貌

（3）热镀角钢表面高耐蚀锌合金镀层形貌

（2） 高耐蚀锌合金镀层的微观形貌

在高倍率电子显微镜下，高耐蚀合金镀层结构与普通纯锌镀层差别不大。镀层中存在δ、ζ等铁锌相。

（a）镀层表面形貌 （b） 镀层截面形貌

（3） 高耐蚀锌合金镀层与纯锌镀层耐蚀性比较

下图的中性盐雾试验表明高耐蚀锌合金镀层的耐蚀性比纯锌镀层要好。

盐雾时间 0小时 120小时 360小时 480小时

纯锌镀层

高耐蚀锌合金镀层

中性盐雾试验下耐蚀性比较

更进一步的，通过干湿交替循环腐蚀试验，也证明了高耐蚀锌合金镀层的耐蚀性优于纯锌镀层。

纯锌镀层

高耐蚀锌合金镀层

循环腐蚀试验下耐蚀性比较

采用腐蚀失重法，定量地分析了高耐蚀锌合金镀层与纯锌镀层的耐蚀性。下表中的数据，显示了高耐蚀锌合金的耐蚀性为纯锌镀层的2倍。

镀层 纯锌 高耐蚀锌合金镀层

腐蚀速率g/m2·h 0.7325 0.3517

5.结语：

初步研发出的高耐蚀热浸锌合金的耐蚀性相当于纯锌的2倍，尤其在海洋性气候条件下耐蚀性更佳。高耐蚀热浸锌合金代替原使用的热浸镀锌镀层，能够进一步提高输变电钢构架的耐蚀性，延长其免维护的使用寿命。