接地网材料在红壤中的腐蚀行为及导电防护涂层研究

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本课题针对南方某地区红壤中接地网腐蚀状况进行了调查取样,以变电站0.8m深处土壤为介质,采用控温保湿的加速方式对接地网常用材料Q235进行腐蚀加速实验以及现场埋片实验,运用失重法以及微观分析法对加速试片和埋片试片进行了研究,着重分析了该室内加速腐蚀的效果及可行性,通过电化学方法研究了红壤中不同p H值、含水率、SO42-及Cl-含量下接地网材料腐蚀行为,同时进行了接地网防腐导电涂层的研制,采用环氧树脂为成膜物质,导电石墨和碳纳米管为导电填料,研究了填料、各种助剂对导电涂层理化性质和电学性能的影响。得出的主要结论如下:(1)室内加速腐蚀实验结果表明,Q235在加速温度为65℃、含水率为20%的条件下,室内加速腐蚀效果较好,采取控温保湿的方法来加速腐蚀的进行,加速比达到了5.7,且该加速试验的腐蚀产物与腐蚀机理和现场接地网材料在土壤中的腐蚀高度一致,与埋片实验相比两者在实验机理与腐蚀产物上均具有很大的关联性。室内加速腐蚀试片和埋片试片的XRD分析结果表明,接地网材料腐蚀产物中铁的氧化产物主要有Fe2O3、Fe OOH,两者在土壤中的的腐蚀产物、腐蚀过程、腐蚀机理较为一致。对室内加速腐蚀试片和埋片试片的腐蚀产物运用EDS与SEM发现,两种不同实验方法所得到的腐蚀产物中,主要元素有Fe、Si、O、K、C、Al。K离子来源于土壤,Si、C等离子部分可能来自于材料本身的溶解,但绝大部分应该是来源于土壤中的元素,且本课题采取的加速腐蚀方法具有很好的重现性。(2)随着含水率的不断增大,Q235腐蚀电流呈现出先增大后减小的趋势,当含水率为20%时,Q235在土壤中腐蚀速率达到最大值。随着土壤p H的不断增大,Q235腐蚀电流呈现持续降低的趋势。随着土壤中的SO42-不断增大,Q235腐蚀电流发生了较大的变化。(3)导电涂层的附着力与石墨的添加量有很大关系,其附着力随着石墨含量的增加而降低。涂层的硬度也随之受到影响,随着石墨含量的增加,导电涂层的硬度呈下降趋势。随着石墨含量的增加,石墨/环氧涂层的体积电阻率不断下降,当添加量为35%时,其体积电阻率达到10-1?·m。考察了碳纳米管的掺杂对体积电阻率的影响。当碳纳米管的添加量为14%时,涂层的体积电阻率达到100?·m。(4)考察了碳纳米管与导电石墨的复合对涂层性能的影响。随着导电复合填料的添加,涂层的体积电阻率呈现不断下降的趋势,这与单一填料的添加对涂层体积电阻率的影响趋势是一致的,与单一填料相比较,复合填料的添使得涂层的体积电阻率下降得更为明显。这是因为不同粒径的填料组合使用,相互填充,提高了导电填料在基体中的填充率,使其导电性能提高。(5)考察了各种助剂对涂层性能的影响。KH550可以改善涂层的附着力。随着偶联剂含量的增加,涂层的表面形貌逐渐变得平滑有光泽,说明了偶联剂在一定程度上影响涂层的表面形貌,其最佳用量为2.0%。分散剂影响填料在成膜物质中的分散效果,从而影响涂层的导电性能。随着分散剂含量的增加,涂层的体积电阻率随着不断降低。其最佳用量为2.5%。(6)采用太阳能为外加直流电源,设计了一种对接地网进行保护的阴极保护系统。
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