基于金属陶瓷涂层的接地导体材料制备工艺与防腐性能研究

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在电力系统持续稳定工作运作下,其中变电站接地网的作用至关重要。但其易受土壤酸碱度、潮湿度、电阻率、盐分、微生物等因素影响而发生腐蚀。在接地网存在腐蚀缺陷的情况下,短路电流或雷电冲击电流会导致接地装置附近的地电位和跨步电位差升高,对运检技术工的安全和系统的稳定运行造成潜在危害。目前,国内外专家学者认为接地网腐蚀最为本质的和重要的解决手段是接地材料的选择和改进,专家学者对不锈钢、铜包钢、合金涂层以及导电防腐涂料等新型接地网材料的研究较多,但对金属陶瓷涂层在接地网的应用研究较少。本文针对金属陶瓷涂层在接地网中的应用开展实验探究,分别运用超音速火焰喷涂制备不同参数的WC-Co和TiN粉末涂层,为解决涂层不致密的缺陷,对制备方法进行改进,改用多弧离子镀工艺制备TiN和Ti-Si-N涂层,并比较两者涂层性能,对较好的Ti-Si-N金属陶瓷涂层深入研究分析。主要工作如下:  (1) 采用超音速火焰喷涂技术制备了两种不同材料(WC-Co和TiN)、两种送粉电压(4.5V和6V)、四种喷涂层数(3、6、9和12)的金属陶瓷涂层,并介绍了超音速火焰喷涂的主要设备和制备技术工艺流程。用四极法检测了各类参数涂层的电气性能,用盐雾试验与现有Q235原钢和镀锌钢比较防腐性能。结果表明:热喷涂工艺制备的金属陶瓷涂层电阻率可以满足接地体散流要求,但是现有工艺制备的涂层抗腐蚀性与镀锌钢相比较差。  (2) 采用扫描电镜(SEM)研究涂层平面和截面的微观组织和成分,以探究超音速火焰喷涂制备金属陶瓷涂层防腐蚀性差的原因。结果表面:两种金属陶瓷涂层平面上都含有可见较大的气泡和缝隙,并没有把基体覆盖完全;两种涂层截面上分布不均匀,有厚有薄,甚至有部分产生断裂。缝隙和断裂使涂层的致密度下降,导致其易腐蚀。  (3) 为解决热喷涂法制备的涂层存在腐蚀漏洞,对制备工艺进行改进,本文改用多弧离子镀法制备金属陶瓷涂层,并选用Ti N和Ti-S i-N涂层小样进行电气性能和防腐性能对比。结果表明:多弧离子镀制备的金属陶瓷涂层电气性能达到实际要求,通过盐雾试验观察其抗腐蚀性Ti-S i-N涂层工件>镀锌钢>TiN涂层工件。  (4) 本文选取抗腐性能最好的多弧离子镀 Ti-Si-N 涂层进行控制工艺研究,采用扫描电镜(SEM)探究在不同脉冲负偏压下的涂层平面和截面微观变化,分析此参数对涂层性质的影响,以选取用于接地材料的最佳制备方法。结果表明:当脉冲负偏压设定为-150V时,其涂层表面颗粒均匀,截面厚度均匀,是为最佳设定值。
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