本發(fā)明公開了一種接地工程用鍍銅圓鋼的制備方法，屬于接地材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
接地網(wǎng)用于變電站（換流站）交直流設(shè)備接地及防雷保護接地，對電力系統(tǒng)的安全運行起著重要作用。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的升高以及其容量的增大，故障電流和入地電流也越來越大，因接地網(wǎng)而發(fā)生或擴大的事故屢有發(fā)生。變電站接地網(wǎng)因其在系統(tǒng)安全中的重要地位，以及其一次性建設(shè)、維護困難的特性，在工程建設(shè)中受到重視。另外，接地技術(shù)在設(shè)計及施工時不易控制，是工程建設(shè)中的難點之一。因此，接地問題越來越受到重視。
由于鋼材價格便宜，我國絕大部分地區(qū)的變電站都是使用鍍鋅扁鋼（圓鋼）作為接地材料，但幾十年的實踐證明鍍鋅鋼并不是解決接地裝置腐蝕問題的最好選擇。由于鋼材作為接地體的耐腐蝕性不好，目前國內(nèi)越來越多的變電站或電廠開始采用銅材或銅覆鋼作為接地體，并取得了很好的效果。
鍍銅圓鋼作為一種新型接地材料，是一種雙金屬復(fù)合材料，既有鋼的高強度、優(yōu)異彈性、高熱阻和高導磁性，又有銅的良好導電性和耐蝕性。但目前鍍銅圓鋼的制備方法大多為氰化鍍銅，在鍍制過程中，鍍液易被氧化，導致鍍層厚度不均，影響產(chǎn)品的性能及使用壽命且制備工藝復(fù)雜，還易產(chǎn)生氰化物，不環(huán)保，廢液后處理難度高。因此限制了鍍銅圓鋼的應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對傳統(tǒng)接地工程所用鍍銅圓鋼在制備過程中，多采用氰化鍍銅，所得鍍層厚度不均勻，影響鍍銅圓鋼產(chǎn)品性能和使用壽命的問題，提供了一種以自制弱堿性溶液為電鍍液，在圓鋼表面實現(xiàn)均勻無氰鍍銅，從而制得接地工程用鍍銅圓鋼的方法，本發(fā)明首先將圓鋼用水沖洗后，用碳酸鈉溶液洗滌，去除圓鋼表面油污，再經(jīng)酸洗和去離子水洗滌后制得預(yù)處理圓鋼，并將預(yù)處理圓鋼浸泡于含有多巴胺等有效成分的預(yù)制混合溶液中，利用多巴胺在弱堿性條件下，在圓鋼表面附著，并利用水中溶解氧在圓鋼表面發(fā)生氧化自聚，形成強力粘附層，再配合多巴胺的絡(luò)合作用，絡(luò)合溶液中的銅離子，并均勻吸附于圓鋼表面，在電鍍過程中，以圓鋼為陰極，石墨為陽極，實現(xiàn)在圓鋼表面均勻沉積銅的目的，最后經(jīng)洗滌干燥后，在無氧高溫條件下去除多巴胺，即得接地工程用鍍銅圓鋼，本發(fā)明所得鍍銅圓鋼鍍層均勻，且粘附力強，不易脫落，所用電鍍液對環(huán)境污染小，有效解決了傳統(tǒng)鍍銅圓鋼氰化鍍銅所得鍍層厚度不均勻的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）截取一段直徑為15～20mm，長度為15～20cm的圓鋼，用水反復(fù)沖洗3～5次后，置于盛有1～2l質(zhì)量分數(shù)為10～15%碳酸鈉溶液的燒杯中，再將燒杯置于水浴鍋中，于溫度為45～55℃條件下，浸泡30～45min后，將圓鋼取出，用去離子水沖洗3～5次，再用100～150ml質(zhì)量分數(shù)為1～3%鹽酸沖洗2～4次后，用去離子水洗滌圓鋼直至洗滌液呈中性，再將去離子水洗滌后的圓鋼置于真空干燥箱中，于溫度為65～75℃條件下干燥45～60min，得預(yù)處理圓鋼，備用；
（2）依次稱取10～15g多巴胺，0.1～0.3g三乙醇胺，30～40g硼酸，倒入盛有1000～1200ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，再滴加質(zhì)量分數(shù)為10～15%氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)燒杯中溶液ph至8.5～8.7，得預(yù)制混合溶液；
（3）將步驟（1）備用的預(yù)處理圓鋼浸沒于上述所得預(yù)制混合溶液中，浸泡18～24h，待浸泡結(jié)束，將圓鋼取出，向預(yù)制混合溶液中補加16～18g二水氯化銅，用玻璃棒攪拌混合10～15min后得電鍍液，再將所得電鍍液倒入帶攪拌器的電鍍槽中，并以浸泡處理后的圓鋼為陰極，以石墨電極為陽極，于溫度為45～48℃，轉(zhuǎn)速為200～280r/min，沉積電流密度為1.5～1.8a/dm2條件下，電鍍處理30～45min；
（4）待上述電鍍處理結(jié)束，將上述作為陰極的圓鋼取出，用無水乙醇洗滌3～5次后，再用去離子水洗滌3～5次，再將去離子水洗滌后的圓鋼轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的圓鋼轉(zhuǎn)入炭化爐，以10～15ml/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，于溫度為400～500℃條件下，保溫處理30～45min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得接地工程用鍍銅圓鋼。
本發(fā)明的應(yīng)用方法是：首先在距離電線桿基礎(chǔ)邊0.2～0.4m處開挖一處直徑為5cm，深為10cm的小圓孔，隨后截取一根長為1.2～1.5m的本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼，并將圓鋼垂直打入小圓中心，控制圓鋼頂端高度與地面齊平，再使用熱熔模具固定鍍銅絞鋼絞線與圓鋼頂端，并進行熱熔焊接處理，待焊接完成冷卻20～30s，拆除模具，即可完成接地裝置鋪設(shè)工序。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼鍍銅層厚度均勻，鍍銅層平均厚度為0.28～0.32mm，鍍銅層粘附性好，附著力達0級，同時本發(fā)明鍍銅圓鋼抗拉強度達650～700n/mm2，導電率較常規(guī)鍍銅圓鋼提高28～42%，使用本發(fā)明鍍銅圓鋼安裝接地裝置后，接地電阻降低至2.6～8.2ω，且本發(fā)明制得的鍍銅圓鋼耐腐蝕性較好，能有效延長接地裝置的使用壽命，在自然環(huán)境下，本發(fā)明鍍銅圓鋼制成的接地裝置使用壽命可達60～70年。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼具有耐腐蝕性好，導電率高，熱穩(wěn)定性好，鍍層粘附力強，不易脫落的特點，且制備過程中無需廢液后處理，對環(huán)境污染??；
（2）本發(fā)明制備過程中不產(chǎn)生氰化物等毒性物質(zhì)，環(huán)保性較好，制得的鍍銅圓鋼鍍層厚度可控，均勻性好，同時具有優(yōu)異的防氧化性能，質(zhì)量安全可靠，實用性好。
具體實施方式
首先截取一段直徑為15～20mm，長度為15～20cm的圓鋼，用水反復(fù)沖洗3～5次后，置于盛有1～2l質(zhì)量分數(shù)為10～15%碳酸鈉溶液的燒杯中，再將燒杯置于水浴鍋中，于溫度為45～55℃條件下，浸泡30～45min后，將圓鋼取出，用去離子水沖洗3～5次，再用100～150ml質(zhì)量分數(shù)為1～3%鹽酸沖洗2～4次后，用去離子水洗滌圓鋼直至洗滌液呈中性，再將去離子水洗滌后的圓鋼置于真空干燥箱中，于溫度為65～75℃條件下干燥45～60min，得預(yù)處理圓鋼，備用；隨后依次稱取10～15g多巴胺，0.1～0.3g三乙醇胺，30～40g硼酸，倒入盛有1000～1200ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，再滴加質(zhì)量分數(shù)為10～15%氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)燒杯中溶液ph至8.5～8.7，得預(yù)制混合溶液；再將上述備用的預(yù)處理圓鋼浸沒于上述所得預(yù)制混合溶液中，浸泡18～24h，待浸泡結(jié)束，將圓鋼取出，向預(yù)制混合溶液中補加16～18g二水氯化銅，用玻璃棒攪拌混合10～15min后得電鍍液，再將所得電鍍液倒入帶攪拌器的電鍍槽中，并以浸泡處理后的圓鋼為陰極，以石墨電極為陽極，于溫度為45～48℃，轉(zhuǎn)速為200～280r/min，沉積電流密度為1.5～1.8a/dm2條件下，電鍍處理30～45min；待上述電鍍處理結(jié)束，將上述作為陰極的圓鋼取出，用無水乙醇洗滌3～5次后，再用去離子水洗滌3～5次，再將去離子水洗滌后的圓鋼轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的圓鋼轉(zhuǎn)入炭化爐，以10～15ml/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，于溫度為400～500℃條件下，保溫處理30～45min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得接地工程用鍍銅圓鋼。
實例1
首先截取一段直徑為15mm，長度為15cm的圓鋼，用水反復(fù)沖洗3次后，置于盛有1l質(zhì)量分數(shù)為10%碳酸鈉溶液的燒杯中，再將燒杯置于水浴鍋中，于溫度為45℃條件下，浸泡30min后，將圓鋼取出，用去離子水沖洗3次，再用100ml質(zhì)量分數(shù)為1%鹽酸沖洗2次后，用去離子水洗滌圓鋼直至洗滌液呈中性，再將去離子水洗滌后的圓鋼置于真空干燥箱中，于溫度為65℃條件下干燥45min，得預(yù)處理圓鋼，備用；隨后依次稱取10g多巴胺，0.1g三乙醇胺，30g硼酸，倒入盛有1000ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，再滴加質(zhì)量分數(shù)為10%氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)燒杯中溶液ph至8.5，得預(yù)制混合溶液；再將上述備用的預(yù)處理圓鋼浸沒于上述所得預(yù)制混合溶液中，浸泡18h，待浸泡結(jié)束，將圓鋼取出，向預(yù)制混合溶液中補加16g二水氯化銅，用玻璃棒攪拌混合10min后得電鍍液，再將所得電鍍液倒入帶攪拌器的電鍍槽中，并以浸泡處理后的圓鋼為陰極，以石墨電極為陽極，于溫度為45℃，轉(zhuǎn)速為200r/min，沉積電流密度為1.5a/dm2條件下，電鍍處理30min；待上述電鍍處理結(jié)束，將上述作為陰極的圓鋼取出，用無水乙醇洗滌3次后，再用去離子水洗滌3次，再將去離子水洗滌后的圓鋼轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的圓鋼轉(zhuǎn)入炭化爐，以10ml/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，于溫度為400℃條件下，保溫處理30min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得接地工程用鍍銅圓鋼。
本實例操作簡便，使用時，首先在距離電線桿基礎(chǔ)邊0.2m處開挖一處直徑為5cm，深為10cm的小圓孔，隨后截取一根長為1.2m的本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼，并將圓鋼垂直打入小圓中心，控制圓鋼頂端高度與地面齊平，再使用熱熔模具固定鍍銅絞鋼絞線與圓鋼頂端，并進行熱熔焊接處理，待焊接完成冷卻20～30s，拆除模具，即可完成接地裝置鋪設(shè)工序。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼鍍銅層厚度均勻，鍍銅層平均厚度為0.28mm，鍍銅層粘附性好，附著力達0級，同時本發(fā)明鍍銅圓鋼抗拉強度達650n/mm2，導電率較常規(guī)鍍銅圓鋼提高28%，使用本發(fā)明鍍銅圓鋼安裝接地裝置后，接地電阻降低至2.6ω，且本發(fā)明制得的鍍銅圓鋼耐腐蝕性較好，能有效延長接地裝置的使用壽命，在自然環(huán)境下，本發(fā)明鍍銅圓鋼制成的接地裝置使用壽命可達60年。
實例2
首先截取一段直徑為18mm，長度為18cm的圓鋼，用水反復(fù)沖洗4次后，置于盛有1l質(zhì)量分數(shù)為13%碳酸鈉溶液的燒杯中，再將燒杯置于水浴鍋中，于溫度為50℃條件下，浸泡37min后，將圓鋼取出，用去離子水沖洗4次，再用125ml質(zhì)量分數(shù)為2%鹽酸沖洗3次后，用去離子水洗滌圓鋼直至洗滌液呈中性，再將去離子水洗滌后的圓鋼置于真空干燥箱中，于溫度為70℃條件下干燥53min，得預(yù)處理圓鋼，備用；隨后依次稱取13g多巴胺，0.2g三乙醇胺，35g硼酸，倒入盛有1100ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，再滴加質(zhì)量分數(shù)為13%氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)燒杯中溶液ph至8.6，得預(yù)制混合溶液；再將上述備用的預(yù)處理圓鋼浸沒于上述所得預(yù)制混合溶液中，浸泡21h，待浸泡結(jié)束，將圓鋼取出，向預(yù)制混合溶液中補加17g二水氯化銅，用玻璃棒攪拌混合13min后得電鍍液，再將所得電鍍液倒入帶攪拌器的電鍍槽中，并以浸泡處理后的圓鋼為陰極，以石墨電極為陽極，于溫度為47℃，轉(zhuǎn)速為240r/min，沉積電流密度為1.7a/dm2條件下，電鍍處理37min；待上述電鍍處理結(jié)束，將上述作為陰極的圓鋼取出，用無水乙醇洗滌4次后，再用去離子水洗滌4次，再將去離子水洗滌后的圓鋼轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為108℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的圓鋼轉(zhuǎn)入炭化爐，以13ml/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，于溫度為450℃條件下，保溫處理37min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得接地工程用鍍銅圓鋼。
本實例操作簡便，使用時，首先在距離電線桿基礎(chǔ)邊0.3m處開挖一處直徑為5cm，深為10cm的小圓孔，隨后截取一根長為1.4m的本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼，并將圓鋼垂直打入小圓中心，控制圓鋼頂端高度與地面齊平，再使用熱熔模具固定鍍銅絞鋼絞線與圓鋼頂端，并進行熱熔焊接處理，待焊接完成冷卻25s，拆除模具，即可完成接地裝置鋪設(shè)工序。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼鍍銅層厚度均勻，鍍銅層平均厚度為0.30mm，鍍銅層粘附性好，附著力達0級，同時本發(fā)明鍍銅圓鋼抗拉強度達675n/mm2，導電率較常規(guī)鍍銅圓鋼提高35%，使用本發(fā)明鍍銅圓鋼安裝接地裝置后，接地電阻降低至5.4ω，且本發(fā)明制得的鍍銅圓鋼耐腐蝕性較好，能有效延長接地裝置的使用壽命，在自然環(huán)境下，本發(fā)明鍍銅圓鋼制成的接地裝置使用壽命可達65年。
實例3
首先截取一段直徑為20mm，長度為20cm的圓鋼，用水反復(fù)沖洗5次后，置于盛有2l質(zhì)量分數(shù)為15%碳酸鈉溶液的燒杯中，再將燒杯置于水浴鍋中，于溫度為55℃條件下，浸泡45min后，將圓鋼取出，用去離子水沖洗5次，再用150ml質(zhì)量分數(shù)為3%鹽酸沖洗4次后，用去離子水洗滌圓鋼直至洗滌液呈中性，再將去離子水洗滌后的圓鋼置于真空干燥箱中，于溫度為75℃條件下干燥60min，得預(yù)處理圓鋼，備用；隨后依次稱取15g多巴胺，0.3g三乙醇胺，40g硼酸，倒入盛有1200ml去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至完全溶解，再滴加質(zhì)量分數(shù)為15%氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)燒杯中溶液ph至8.7，得預(yù)制混合溶液；再將上述備用的預(yù)處理圓鋼浸沒于上述所得預(yù)制混合溶液中，浸泡24h，待浸泡結(jié)束，將圓鋼取出，向預(yù)制混合溶液中補加18g二水氯化銅，用玻璃棒攪拌混合15min后得電鍍液，再將所得電鍍液倒入帶攪拌器的電鍍槽中，并以浸泡處理后的圓鋼為陰極，以石墨電極為陽極，于溫度為48℃，轉(zhuǎn)速為280r/min，沉積電流密度為1.8a/dm2條件下，電鍍處理45min；待上述電鍍處理結(jié)束，將上述作為陰極的圓鋼取出，用無水乙醇洗滌5次后，再用去離子水洗滌5次，再將去離子水洗滌后的圓鋼轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，再將干燥后的圓鋼轉(zhuǎn)入炭化爐，以15ml/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，于溫度為500℃條件下，保溫處理45min，隨爐冷卻至室溫，出料，即得接地工程用鍍銅圓鋼。
本實例操作簡便，使用時，首先在距離電線桿基礎(chǔ)邊0.4m處開挖一處直徑為5cm，深為10cm的小圓孔，隨后截取一根長為1.5m的本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼，并將圓鋼垂直打入小圓中心，控制圓鋼頂端高度與地面齊平，再使用熱熔模具固定鍍銅絞鋼絞線與圓鋼頂端，并進行熱熔焊接處理，待焊接完成冷卻30s，拆除模具，即可完成接地裝置鋪設(shè)工序。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的接地工程用鍍銅圓鋼鍍銅層厚度均勻，鍍銅層平均厚度為0.32mm，鍍銅層粘附性好，附著力達0級，同時本發(fā)明鍍銅圓鋼抗拉強度達700n/mm2，導電率較常規(guī)鍍銅圓鋼提高42%，使用本發(fā)明鍍銅圓鋼安裝接地裝置后，接地電阻降低至8.2ω，且本發(fā)明制得的鍍銅圓鋼耐腐蝕性較好，能有效延長接地裝置的使用壽命，在自然環(huán)境下，本發(fā)明鍍銅圓鋼制成的接地裝置使用壽命可達70年。