接線板鍍銀防腐方案的研究

張宏軍

接線板鍍銀防腐方案的研究

張宏軍

（新東北電氣集團高壓開關有限公司， 遼寧 沈陽 110027）

在電氣設備中接線板是設備與大線金具連接的橋梁， 高壓開關的接線板為鋁合金材質，鋁板接觸表面進行鍍銀處理。由于銀和鋁的電極電位相差較大，裸露在大氣環境中形成原電池，在水汽、鹽霧、高熱的環境中接線板發生嚴重腐蝕。接線板表面電阻增大，接觸不良，連接部位發熱量增大，影響通流。通過分析產生腐蝕的原因，從零部件的設計和工藝角度出發，提出相應的防腐措施。通過實驗對比，選用防腐能力好并且適合現場實際氣候條件的防腐涂料制備能夠在戶外防腐蝕的接線板。在接線板與大線金具進行連接后應在連接面、螺栓、螺母縫隙處涂抹防水膠，可防止接線板導電面的銀層腐蝕。

腐蝕； 接線板； 高壓開關

接線板是電站開關、變壓器設備與大線連接的橋梁，為了達到更好的連接效果，減少接觸電阻，減少發熱，電氣設備廠家通常會對接線板的接觸面進行鍍銀處理。電氣設備早期導電零部件材質為銅，隨著電力的發展，電氣設備用量和電壓等級逐漸提高，銅的使用量也日益增加。鋁的導電性能雖然沒有銅優良，但是鋁的密度僅為銅密度的1/3，可使零部件更輕便。另外，從價格上來看，鋁的價格為銅的1/3，鋁制零部件材料成本僅為銅1/6～1/9。為了減輕設備重量，降低成本，鋁合金材料更多地成為了制作零部件的原料。目前，導電零部件除動配合部位還使用銅外，其余靜配合部件逐漸由鋁合金材質來替代。

大多數金屬及其制品經過加工后，熱力學穩定性變差，受到環境中水分或污染物的影響，較易發生金屬腐蝕[1]。腐蝕作用引起金屬性能的變化，常常導致金屬、環境或其構成的技術體系發生功能損害。在金屬中，銀的導電性最好，且有良好的導熱性、延展性，因此，在電氣設備中鋁和銅材料用于制作零部件，通常在接觸部位采用鍍銀處理，以便更好的發揮導電性能。目前，鍍銀層腐蝕的問題是國內外電鍍行業尚未解決的難題。本文通過對鋁鍍銀耐腐蝕的問題進行分析，從鋁鍍銀零部件的設計和工藝角度出發，制備能夠在戶外防腐蝕的接線板。

1 銀層腐蝕的成因

在具有腐蝕條件的環境下，隨著時間的推移鍍銀層會從銀白色逐漸變為花白、黃白、黃色、棕色、褐色等。當鋁鍍銀件受潮腐蝕時，鍍銀層會出現粉狀腐蝕產物或起皮開裂的情況[2]。例如，銀裸露在外，與空氣中的氧、硫發生化學反應，生成氧化銀顯黃色，生成硫化銀顯黑色[3]。不同地區的空氣中硫的含量并不相同，硫在空氣中主要以二氧化硫和硫化氫的形式存在。化學式如下：

Ag+O2→Ag2O（黃色）；

Ag+S→Ag2S（黑色）；

Ag+SO2→Ag2S（黑色）+O2；

Ag+H2S→Ag2S（黑色）+H2。

因為銀的親氧能力比親硫能力弱，所以銀層變黑主要是與硫化物反應生成硫化銀。

2 腐蝕的機理

鋁、銅和銀的電極電位不同（Al3+/Al= -1.662 V、Cu2+/Cu= +0.340 2 V、 Ag+/Ag= +0.799 8 V），鋁和銀電位差較大，鋁鍍銀零部件中鋁基體易腐蝕。而銅和銀電位差較小，且都是正的電極電位，銅鍍銀零部件中銅基體不易腐蝕[4-5]，如圖1所示。

接線板為鋁合金鍍銀板，在外觀上光亮的銀層并非完整連續，而是存在大量的針孔。鋁活潑易與空氣中的水、氧氣等發生化學反應生成氧化鋁，氧化鋁會阻止鋁的進一步氧化[6]。當鋁鍍銀時，鋁與銀的電化學電位相差較大，鋁和銀形成原電池，裸露在濕熱、多鹽氣候下會加速鋁的腐蝕[7]。水分沿銀層的針孔處進入，鋁與水反應生成疏松的氫氧化鋁，膨脹氫氧化鋁將銀層頂起，造成銀層脫落，如圖2所示。

圖1 瓷瓶套管銅鍍銀接線板

圖2 鋁鍍銀接線座清理前后

3 防護工藝

3.1 試樣準備

模擬現場的工藝操作過程，對端蓋和導電板的鋁材、鍍銀層及涂層進行鹽霧試驗。

試樣及材料如表1。

表1 試樣及材料

主要檢測儀器如表2。

表2 主要檢測儀器

試樣鋁板的工藝如表3。

表3 鋁板工藝

接線板單面鍍銀，非鍍銀面涂漆，與架空線金具連接后，對比在縫隙處涂防水膠和不涂防水膠，進行耐蝕性試驗。

3.2 性能檢測

性能檢測采用鹽霧試驗，并用SSX-550型掃描電鏡觀察鍍銀面。鹽霧試驗中NaCl溶液質量分數為5%，試驗箱溫度35 ℃，濕度大于95%。

4 結果與討論

4.1 接線板工藝的選擇

通過實驗得知，鋁在大氣環境中表面生成氧化膜，不易腐蝕，但在濕熱鹽霧環境中會發生腐蝕。鋁板上鍍銀后，會加速鋁基體的腐蝕，通過去掉腐蝕后銀層，鋁基體上呈現不連續的孔洞，最深的可以深達1 mm。鹽霧試驗結果如表4所示。

表4 表面處理后鋁板的鹽霧試驗

由于漆層的保護，鋁板在鍍銀前后的耐腐蝕能力應該相同，但由表4可知，實際結果并非如此。從現場出現腐蝕來看，腐蝕的發生并不從正面開始，而是從側面向內部開始腐蝕。涂漆層有局部破損的部位，在電位腐蝕作用下，直接從基材鋁層開始向內腐蝕，鍍銀的鋁板會加速腐蝕[8]，腐蝕后的產物將漆層頂起[9]。而未鍍銀的鋁板，鋁基體在空氣中氧化生成氧化鋁，即使漆層破損，但沒有金屬電位腐蝕，反而耐腐蝕效果更好。

4.2 接線板與架空線縫隙處涂防水膠的試驗結果

在電站的高壓開關設備中，只有瓷瓶套管頂部的接線板鍍銀裸露在大氣中，接線板和架空大線連接，在大氣環境中容易腐蝕[10]。圖3為電站現場的接線板腐蝕（正面和側面）圖片，圖4為縫隙處涂防水膠前后的變化。

圖3 電站現場腐蝕的接線板

圖4 縫隙涂膠前后變化

鹽霧試驗結果如表5所示。通過對比看到，涂防腐涂料并在縫隙處涂防水膠的銀層沒有受到腐蝕，其原因是防水膠防止水分從邊緣進入到銀層和漆層內部，可阻止腐蝕的發生。

表5 鹽霧時間及結果

5 結 論

1）本試驗解決了接線座銀層腐蝕問題，并根據試驗結果，確定了接線座的非導電面涂漆可有效防止腐蝕。

2）接線座與大線架空金具連接后應在連接面、螺栓、螺母縫隙處涂抹防水膠，可防止導電面的銀層腐蝕。

［1］王聰，馬丹竹，屈洋，等.腐蝕現狀與解決理論研究進展[J].當代化工，2015，44（11）：2645-2647．

［2］胡文，劉艷，朱如瑾.鍍銀件腐蝕變色機理及防變色方法[J].材料保護，2005，38（7）：36-38．

［3］王志高，林濤，伍科，等.手持式X射線熒光光譜儀在高壓隔離開關觸頭鍍銀層腐蝕故障分析中的應用[J].電鍍與涂飾，2019，38（23）：1311-1314．

［4］吳琪露，李南，尹凱.鍍銀黑化件表面腐蝕問題的解決[J].雷達與對抗，2018，38（4）：42-45.

［5］樊陽文，尹東海，閆明，等.腐蝕性氣體對金屬鍍層的影響[J].裝配制造技術，2018（7）：97-99．

［6］ALEKSEEV V I,PERKAS M M,YUSUPOV V S,et al. The mechanism of metal corrosion passivation[J].,2013,87(8):1380-1385．

［7］王平，周慧波，劉強.金屬鍍層大氣腐蝕性[J].腐蝕與防護，2013，34（10）：926-928．

［8］鄭克勤，呂旺燕，聶銘，等.戶外高壓隔離開關觸頭材料的腐蝕與防護分析[J].廣東電力，2019，32（7）：124-133．

［9］王天鵬，李宏強，孫明成，等.沿海變電站66 kV HGIS套管接線板鍍銀層腐蝕剝落原因分析[J].腐蝕科學與防護技術，2019，31（2）：159-164.

［10］薛林濤，付豐年，呂杰.核電變壓器套管腐蝕分析及防護措施研究[J].腐蝕與涂飾，2012，31（7）：37-39.

Research on the Anti-corrosion Scheme of Silver Plating on Terminal Panel

（New Northeast Electric Group Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110027, China）

In the electrical equipment, the terminal plate is the bridge connecting the equipment and the large wire fittings. The terminal plate of the high voltage switch is made of aluminum alloy, and the contact surface of the aluminum plate is silvered. Because the electrode potential difference between silver and aluminum is large, the galvanic cell is formed in the exposed atmosphere, and the terminal plate is seriously corroded in the environment of water vapor, salt spray and high heat. The surface resistance of the junction board increases, the contact is bad, and the heat generated at the connecting part increases, which affects the flow. Through analyzing the cause of corrosion, the corresponding anti-corrosion measures were put forward from the point of view of parts design and process. Through experimental comparison, the anti-corrosion coating with good anti-corrosion ability and suitable for the actual climatic conditions of the site was used to prepare the anti-corrosion wiring board outdoors. After the connection between the junction board and the large wire fittings, waterproof glue should be applied to the gaps of the connection surface, bolts and nuts to prevent the silver layer corrosion of the conductive surface of the junction board.

Corrosion; Patch panel; High voltage switch

2020-08-01

張宏軍（1978-），男，遼寧省沈陽市人，工程師，碩士， 2017年畢業于東北大學應用化學專業，研究方向：電鍍技術。

TQ153.1+6

A

1004-0935（2021）03-0317-03