一种电力系统用铜覆钢耐腐蚀导电涂层及其制备方法与流程

1.本发明涉及铜覆钢防护领域，具体涉及一种电力系统用铜覆钢耐腐蚀导电涂层及其制备方法。


背景技术：

2.接地系统是维护变电站安全运行的重要保证。由于铜具有良好的电气性能，具有良好的导电性能，而且铜的化学性能稳定，在酸性土壤中使用更显优势。因此一些发达国家如美国和日本大多等采用纯铜作为接地材料。但由于纯铜成本较高，在我国还没有得到广泛地使用。结合铜的优良化学稳定性和钢的良好导电性能，人们制备了一些新型接地材料，如以碳钢为基底表面覆盖铜或铜合金，然而在酸性溶液中，随着h

的增大，铜基底腐蚀程度也增大。朱敏等研究比较了铸铜包钢和电镀铜包钢的电偶腐蚀，结果表明铸铜包钢的电偶腐蚀比电镀铜包钢严重得多。
3.中国专利cn 111378350 a公开了一种预应力防腐蚀涂层钢棒，按照质量比所述涂层包括5％～30％填料，和70％～95％改性水性环氧树脂，按照质量比所述改性水性环氧树脂由以下比例的原料制备而成：10％～50％的高弹性水溶性聚合物、10％～60％的水性环氧树脂和10％～40％的固化剂。
4.中国专利cn106380111a公开了一种内含阻锈剂的缓释微胶囊及其制备方法，虽然该方法利用了微胶囊能够对混凝土中的铜覆钢产生持久的保护。但是其毕竟是分散于整个混凝土结构中，铜覆钢表面仍然属于暴露于腐蚀介质中。在一定程度上还是存在氯离子以及其他腐蚀介质对铜覆钢表面的腐蚀。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电力系统用铜覆钢耐腐蚀导电涂层及其制备方法。
6.本发明的技术解决方案如下：
7.一种电力系统用铜覆钢耐腐蚀导电涂层的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、对铜覆钢表面进行预处理；
9.s2、制备耐腐蚀导电涂料，在100ml ph为9.5～10.5的缓冲溶液中，加入0.1～0.3g十二烷基苯磺酸钠、0.4～0.6g聚甘油酯、0.3～0.5g水性羟基丙烯酸树脂、0.2～0.4g有机胺改性环氧树脂、0.4～0.6g巯基乙醇、0.1～0.3g铜螯合剂、3～5g石墨烯粉末，搅拌，然后在超声仪中超声5～15分钟，然后在75～85℃下进行回流反应8～12h；
10.s3、将步骤s2中的涂料均匀喷洒在待涂覆的铜覆钢表面，放入除尘室中静置；
11.s4、将喷涂后的铜覆钢烘干，冷却，制得耐腐蚀导电涂层。
12.本发明的一种具体实施方式，所述步骤s2中，制备耐腐蚀导电涂料，在100ml ph为9.8～10.2的缓冲溶液中，加入0.15～0.25g十二烷基苯磺酸钠、0.45～0.55g聚甘油酯、0.35～0.45g水性羟基丙烯酸树脂、0.25～0.35g有机胺改性环氧树脂、0.45～0.55g巯基乙
醇、0.15～0.25g铜螯合剂、3.5～4.5g石墨烯粉末，搅拌，然后在超声仪中超声8～12分钟，然后在78～82℃下进行回流反应9～11h；
13.本发明的一种具体实施方式，制备耐腐蚀导电涂料，在100ml ph为10的缓冲溶液中，加入0.2g十二烷基苯磺酸钠、0.5g聚甘油酯、0.4g水性羟基丙烯酸树脂、0.3g有机胺改性环氧树脂、0.5g巯基乙醇、0.2g铜螯合剂、4g石墨烯粉末，搅拌后，在超声仪中超声10分钟，然后升温至80℃下进行回流反应10h。
14.本发明的一种具体实施方式，所述步骤s2中，石墨烯为还原型石墨烯，粒径为10～30μm。
15.本发明的一种具体实施方式，所述步骤s2中，ph缓冲溶液为氨水-氯化铵，其中氯化铵为5.4g，浓氨水溶液为35ml。
16.本发明的一种具体实施方式，所述步骤s2中，铜螯合剂为乙二胺四乙酸二钠。
17.本发明的一种具体实施方式，所述步骤s1中，预处理包括将铜覆钢依次经乙醇清洗、酸洗、水洗，然后200目砂纸打磨。
18.本发明的一种具体实施方式，所述步骤s4中，将喷涂后的铜覆钢放入烘箱中，设置温度为180～220℃，时间为1～3小时，自然冷却即可。
19.本发明的一种具体实施方式，所述步骤s3中，将涂料装入喷壶，利用喷枪均匀喷洒在待涂覆的铜覆钢表面，在除尘室中静置一小时。
20.一种电力系统用铜覆钢耐腐蚀导电涂层，采用上述的方法制得。
21.本发明至少具有以下有益效果之一：
22.1、本发明通过在铜覆钢表面喷涂耐腐蚀导电涂料，实现了在铜材表面形成了结合力优异、耐腐蚀性高的防护涂层，在不影响铜覆钢导电的前提下，提高铜覆钢的耐腐蚀性能。具体是通过在涂料中添加导电性强的还原石墨烯粉末和固着力强的化学成分羟基乙醇、乙二胺四乙酸二钠盐的共同作用能够显著提高涂层的耐腐蚀性能和导电性能。一方面，还原型石墨烯具有一定的耐腐蚀性能，并且还原石墨烯本身就具有一定的导电能力，可进一步提高涂层的导电性，有利于接地材料等释放大电流的能力，因此本发明利用石墨烯硬度高，层间具有润滑作用，可以提高电泳涂层的机械强度、耐冲击性、柔韧性等机械性能增加涂层的机械强度。另一方面，本发明利用羟基硫醇和乙二胺四乙酸二钠盐来提高涂料在铜基表面的固着力，本发明创造性的将两者相结合协同作用实现了对电力系统用铜覆钢耐腐蚀导电涂层的制备，使得涂层与铜基表面具有良好的附着力，不容易脱落
23.2、本发明的方法简单实用，可以延长铜覆钢材料的使用寿命，制备的耐腐蚀涂层可以广泛应用于电力系统用铜覆钢材的防护，也可以应用一般环境下的含铜金属结构的保护。
具体实施方式
24.一种电力系统用铜覆钢耐腐蚀导电涂层的制备方法，包括以下步骤：
25.(1)对铜覆钢表面进行预处理，具体包括将铜覆钢依次经乙醇清洗、酸洗、水洗，然后200目砂纸打磨。
26.(2)制备耐腐蚀导电涂料：在100ml ph为9.5～10.5的缓冲溶液中，加入0.1～0.3g十二烷基苯磺酸钠、0.4～0.6g聚甘油酯、0.3～0.5g水性羟基丙烯酸树脂、0.2～0.4g有机
胺改性环氧树脂、0.4～0.6g巯基乙醇、0.1～0.3g铜螯合剂、3～5g石墨烯粉末，搅拌，然后在超声仪中超声5～15分钟，然后在75～85℃下进行回流反应8～12h；
27.优选地，在100ml ph为9.8～10.2的缓冲溶液中，加入0.15～0.25g十二烷基苯磺酸钠、0.45～0.55g聚甘油酯、0.35～0.45g水性羟基丙烯酸树脂、0.25～0.35g有机胺改性环氧树脂、0.45～0.55g巯基乙醇、0.15～0.25g铜螯合剂、3.5～4.5g石墨烯粉末，搅拌，然后在超声仪中超声8～12分钟，然后在78～82℃下进行回流反应9～11h；
28.更优选地，在100ml ph为10的缓冲溶液中，加入0.2g十二烷基苯磺酸钠、0.5g聚甘油酯、0.4g水性羟基丙烯酸树脂、0.3g有机胺改性环氧树脂、0.5g巯基乙醇、0.2g铜螯合剂、4g石墨烯粉末，搅拌后，在超声仪中超声10分钟，然后升温至80℃下进行回流反应10h。
29.s3、将步骤s2中的涂料装入喷壶，利用喷枪均匀喷洒在待涂覆的铜覆钢表面，具体可以涂覆1～5层，然后放入除尘室中静置1h；
30.s4、将喷涂后的铜覆钢放入烘箱中，设置温度为180～220℃，时间为1～3小时，自然冷却即可，制得耐腐蚀导电涂层。
31.下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
32.分别取七片同样规格(长10cm，宽5cm，厚度为0.4cm)的铜覆钢，分别编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#。其中，对1#铜覆钢表面只进行预处理，即将1#铜覆钢只经乙醇清洗、酸洗、水洗、200目砂纸打磨处理，不进行耐腐蚀导电涂料喷涂，作为对照组；对2#、3#、4#、5#、6#、7#铜覆钢分别按照以下方法处理：
33.实施例1
34.(1)对2#铜覆钢表面进行预处理，即将铜覆钢经乙醇清洗、酸洗、水洗、200目砂纸打磨后备用。
35.(2)制备耐腐蚀导电涂料：在100ml ph为10的氨水-氯化铵缓冲溶液中，其中氯化铵为5.4g，浓氨水溶液为35ml。加入0.2g十二烷基苯磺酸钠、0.5g聚甘油酯、0.4g水性羟基丙烯酸树脂、0.3g有机胺改性环氧树脂、0.5g巯基乙醇、0.2g铜螯合剂乙二胺四乙酸二钠、4g还原型石墨烯粉末，粒径10～30μm。搅拌并超声10分钟，升温至80℃，回流反应10h。
36.(3)将上述涂料装入喷壶，利用喷枪均匀喷洒在处理干净的2#铜覆钢表面，喷洒1次，然后分别在除尘室中静置一小时。
37.(4)固化：将喷涂后的铜覆钢放入烘箱中，设置温度为200℃，时间2小时，自然冷却。
38.实施例2
39.(1)对3#铜覆钢表面进行预处理，即将铜覆钢经乙醇清洗、酸洗、水洗、200目砂纸打磨后备用。
40.(2)制备耐腐蚀导电涂料：在100ml ph为10的氨水-氯化铵缓冲溶液中，其中氯化铵为5.4g，浓氨水溶液为35ml。加入0.1g十二烷基苯磺酸钠、0.4g聚甘油酯、0.3g水性羟基丙烯酸树脂、0.2g有机胺改性环氧树脂、0.4g巯基乙醇、0.1g铜螯合剂乙二胺四乙酸二钠、3g还原型石墨烯粉末，粒径10～30μm。搅拌并超声5分钟，升温至75℃，回流反应8h。
41.(3)将上述溶液装入涂料，利用喷枪均匀喷洒在处理干净的3#铜覆钢表面，喷洒2次，然后分别在除尘室中静置一小时。
42.(4)固化：将喷涂后的铜覆钢放入烘箱中，设置温度为200℃，时间2小时，自然冷却。
43.实施例3
44.(1)对4#铜覆钢表面进行预处理，即将铜覆钢经乙醇清洗、酸洗、水洗、200目砂纸打磨后备用。
45.(2)制备耐腐蚀导电涂料：在100ml ph为10的氨水-氯化铵缓冲溶液中，其中氯化铵为5.4g，浓氨水溶液为35ml。加入0.3g十二烷基苯磺酸钠、0.6g聚甘油酯、0.5g水性羟基丙烯酸树脂、0.4g有机胺改性环氧树脂、0.6g巯基乙醇、0.3g铜螯合剂乙二胺四乙酸二钠、5g还原型石墨烯粉末，粒径10～30μm。搅拌并超声15分钟，升温至85℃，回流反应12h。
46.(3)将上述涂料装入喷壶，利用喷枪均匀喷洒在处理干净的4#铜覆钢表面，喷洒3次，然后分别在除尘室中静置一小时。
47.(4)固化：将喷涂后的铜覆钢放入烘箱中，设置温度为200℃，时间2小时，自然冷却。
48.对比例1
49.对5#铜覆钢进行处理，处理方法与实施例1的区别在于：步骤(2)涂料中不加组分羟基硫醇，其他与实施例1相同。
50.对比例2
51.对6#铜覆钢进行处理，处理方法与实施例1的区别在于：步骤(2)涂料中不加组分乙二胺四乙酸二钠，其他与实施例1相同。
52.对比例3
53.对7#铜覆钢进行处理，处理方法与实施例1的区别在于：步骤(2)涂料中不加组分还原型石墨烯粉末，其他与实施例1相同。
54.测试
55.(一)对上述制备的铜覆钢涂层进行粘结性测试，根据《色漆和清漆拉开法附着力试验》规范要求，测试耐腐蚀涂层附着力效果，通过拉脱试验得出涂层与铜覆钢的附着力，结果见表1：
56.表1各铜覆钢涂层的附着力
57.样品编号1#2#3#4#5#6#7#粘接强度(mpa)/3.93.83.41.92.34.0
58.由表1可以看出，2#、3#、4#铜覆钢上的涂层的附着力分别为3.9mpa、3.8mpa、3.4mpa，由此说明，本发明中的耐腐蚀涂层具有高粘结强度，可以保证涂层不容易在环境外力下导致脱落。
59.将2#、3#、4#铜覆钢与5#、6#、7#铜覆钢比较可以看出，7#铜覆钢(涂料中未添加还原型石墨烯粉末)的粘接强度与2#、3#、4#铜覆钢相当，5#铜覆钢(涂料中未添加羟基硫醇)的粘接强度明显下降，6#铜覆钢(涂料中未添加乙二胺四乙酸二钠)的粘接强度也明显下降，由此说明，涂料中是否添加羟基硫醇和乙二胺四乙酸二钠会影响涂层的附着力，本发明中的涂料是通过羟基硫醇和乙二胺四乙酸二钠盐两种组分协同作用来影响涂层的附着力。
60.(二)对上述制备的铜覆钢涂层以及裸铜覆钢(1#)进行腐蚀性能测试。
61.测试采用电化学检测方法。实验采用三电极体系，工作电极为铜覆钢和裸铜覆钢
(有效工作面积为1cm2)，辅助电极为铂电极，参比电极为银-氯化银电极(ag-agcl)。利用cs310电化学工作站进行极化曲线测试。腐蚀电解质为质量分数3.5wt％nacl和1.0wt％hac溶液，测试样品的极化曲线，并通过tafel极化曲线外推法得到腐蚀电位、腐蚀电流密度，结果如表2所示。
62.表2各铜覆钢在酸性溶液中的极化参数表
63.腐蚀溶液icorr/μa
·
cm-2
ecorr/v1#2.4035-0.34102#0.0509-0.24903#0.0910-0.31014#0.1305-0.33015#0.3021-0.33916#0.2803-0.33817#0.0804-0.2531
64.从tafle极化曲线及其拟合数据可知，实施例1～3制备的耐腐蚀涂层具有更小的电流密度和更正的腐蚀电位，并且随着涂层厚度增加，腐蚀电流更小，电位更正，说明涂层具一定的耐腐蚀性能。
65.将2#、3#、4#铜覆钢与5#、6#、7#铜覆钢比较可以看出，5#铜覆钢(涂料中未添加羟基硫醇)、6#铜覆钢(涂料中未添加乙二胺四乙酸二钠)的电流密度和更正的腐蚀电位均明显更大，即5#、6#铜覆钢涂层的耐腐蚀性能下降，由此说明，涂料中是否添加羟基硫醇和乙二胺四乙酸二钠均会影响的耐腐蚀性能。羟基硫醇、乙二胺四乙酸二钠是因为影响附着力，涂层脱落导致耐腐蚀性能下降。7#铜覆钢(涂料中未添加还原型石墨烯粉末)的涂层粘接力与实施例1相比略微增加，说明还原型石墨烯粉末对粘接力基本没有影响，但是该物质起着导电的功能，在长期使用过程中该物质具有一定的耐腐蚀性能。
66.以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。