对照和切换齿轮的故障导致超过50%的电气系统停机时间,导致美国经济和其他国家的经济造成巨大损失。这是怎么发生的?答案是腐蚀。恶劣环境可能导致电化学恶化和金属线端子上的化学攻击。总体而言,承载电流件和切换的腐蚀,以及控制设备,影响各种电气元件和生产设施的可靠性和不间断运行。
电气设备和系统的设计者需要在规定材料规格,设计设备和应用时应用合理判断涂料最小化电气部件中金属表面的劣化。现场经验,结合加速试验方法,有助于保持平衡的方法。在这里,我们将在电气系统中查看腐蚀以及如何防止它。
腐蚀问题的性质
由于电触点的腐蚀导致的问题包括非预期的动力破坏,并且由于劣化的接触表面而失效,以及断开或连接,以及间歇连接。
在自动化应用程序中,间歇性连接是不可接受的。因此,工业需要分析腐蚀的风险,无论是来自湿度还是来自反应剂等成分。石油和石化工业必须应对石油和气体中的腐蚀性成分,可能还有含盐量高的海洋环境,而以煤炭为基础的发电站和冶金和采矿工业在空气中产生腐蚀性粉尘,而铁水生产涉及到与腐蚀性酸结合的热。(相关阅读:6种腐蚀性组分,可在原油中找到.)
用于自动化设备的导线端子
工业自动化和半自动控制设备有许多导线端子,可连接通信,电源和控制系统,以实现其平稳运行。在这种情况下,大量的单独金属线连接到导线端子,其具有将电力分配到加工设备,例如加热器和电动机的设备。因此,在腐蚀环境中工作的电连接器也需要机械性能为了保持低电阻与金属接触。必须保护金属不受腐蚀,以确保低电接触电阻,高电导率以及准确地应用力所需的机械能力。
可靠和可持续的电气连接有一定的先决条件,如:
腐蚀性化学品
电动自动控制通常必须在可能含有硫化合物和氨的腐蚀性化学环境中工作,这是已知的应力开裂在黄铜和其他电气零件。协同组合的化学品,以及热量和水分,促进快速腐蚀大多数金属。
氯气和氯气氯化物通常存在于纸和纸浆制造过程中,以及食品和饮料植物。氯化钠在海水和沿海氛围中存在;它也用于食品加工行业。碳酸钠用于化学方法,例如洗涤剂,造纸和玻璃制造工艺。硝酸盐存在于肥料加工中,同时存在次氯酸钠用于饮料行业。二氧化硫在石油和天然气的处理和加工,水泥,橡胶和金属加工,以及发电厂和轮胎制造。
终端建筑
为了满足系统的电气和机械功能的要求,导线端子构造为螺钉端子或弹簧钳位端子。在夹紧系统中,夹具和螺钉由黄铜制成镀镍或钢铁用锌铬酸盐涂层.
铜有镀锡通常用作导体套圈和导体和杆状导体。有时镀镍条也用作互连的导体。由于终端暴露于振动,机械冲击和循环热,以及潜在的腐蚀性环境,夹紧设计必须通过保持测量的夹紧力来确保气密连接。螺钉端子可以使用防振,自锁布置来防止逐渐松动。正确的拧紧扭矩的应用有助于减少烦恼关节。(要了解有关烦恼的更多信息,请阅读理解和防止电气设备腐蚀损坏.)
保护涂料
除了不锈钢,电线端子中使用的每种其他金属都需要保护涂料.这些涂层被归类为障碍涂料和牺牲涂料.如果在正常操作期间涂层消耗,则涂层是牺牲型。当牺牲涂层完全除去时,可以开始腐蚀基质金属完全暴露在腐蚀环境中。锌涂料在钢上(镀锌)是牺牲涂层的典型例子。(有关锌涂料的更多信息,请阅读镀锌及其腐蚀预防疗效.)
作为屏障施加的保护涂层为金属基材提供了物理密封,防止了电化学和电化学化学攻击.涂层在腐蚀过程中不会被消耗,但可能会由于孔隙度,机械磨损撕裂或涂布过程有缺陷。
用作屏障涂层的材料包括:
(为了快速介绍金属涂料,阅读:5每个人都应该了解的5种最常见的金属涂料.)
金属钢作为螺钉端子夹具
中等碳钢通常优选具有锌层和铬酸盐层的螺杆端子以及另外的螺杆端子顶层外套.当锌层由于环境因素而开始腐蚀时,在表面上产生白色粉末。当锌完全消耗时,在表面上形成的红线层表示钢的腐蚀。因此,一层较厚的锌层可以延长组成部分的寿命。
因为锌在钢中的惰性较小电系列,在大多数情况下,锌腐蚀缓慢。具有额外顶部阻挡涂层的另外的铬酸盐层进一步增强了保护系统的寿命。锌合金涂料如锌钴,镍,锡锌和锌铁广泛用于其增强的腐蚀保护。锌镍产生三倍耐腐蚀性与相应厚度的纯锌层相比基质暴露于盐水和其他腐蚀性物质。
在锌或锌合金顶部的六价铬酸盐屏障层有助于提高腐蚀防护,但这种材料现在已经被三价铬酸盐所取代由于环境问题.三价铬酸盐需要特定的顶层涂层,以与六价铬一样有效,这有一些自我修复属性。某些硅酸盐用作三价铬酸盐以上的表层涂料。这些面漆防水和抗化学反应。然而,在导电表面上使用涂层时,需要检查涂层的导电性,因为在某些端子上,载流导体直接夹在端子的电流条上。的封口不应允许夹层或电流杆影响连接的电导率。
一些密封材料配制自我修复能力。纳米复合技术还提供电镀配方,其可以替代六价铬酸盐作为涂层溶液以进行腐蚀保护。
不锈钢优势
不锈钢l产生一种被动氧化物薄膜具有水分,由钢中的铬维持。这部电影被认为是最有效的选择,因为它是无孔和自我愈合的。不锈钢是绝缘位移型腐蚀环境的首选材料,以及弹簧钳位的导线端子。(相关阅读:为什么不锈钢耐腐蚀?)
然而,在高机械应力和温度范围从150°F到170°F(66°C到77°C)下,某些等级的不锈钢可能会失效,特别是由于压力腐蚀裂缝在典型的酸性环境中,如氯化物环境。由于在加工过程中获得的不锈钢表面上的黑色污染物,对腐蚀性侵蚀的易感性也增加。污染物被A除去钝化过程。
黄铜与镀镍
作为铜的合金,黄铜易受腐蚀的影响,当暴露于酸性物质如氯化物和氮气的化合物时。由于化学环境和高机械应力,可能发生应力腐蚀裂纹。但铜也具有优点,包括高导电性和低总体成本。
镀镍用于保护黄铜免受腐蚀。电镀过程容易发生缺陷,例如针孔和毛孔,在某些条件下给予高度腐蚀性物质进入铜基。镍也被暴露于它的人被认为是健康风险。镍甚至被认为是关注的重要性根据欧洲监管机构.
用镀锡的铜导线和当前棒
主要选择铜,以实现其非常高的电流承载能力,以及它不会由于电阻产生尽可能多的热量。电化学反应随着氧气和水分导致氧化铜,以及根据化学污染物的氯化物,硫化物和其他化合物形成。氧化物和其他化合物是较差的电力。结果,它们增加了电阻和热量,并且无法连接或导致闪烁。屏障型保护涂层通常以电流棒,端子和线上的镀锡形式应用于铜。锡能够提供针对硫化合物和氧化物形成的保护。
电连接器的微动腐蚀
烦恼是组合由于相对运动和振动,机械磨损,以及大装载金属表面的电化学反应。它作为导线连接和接触表面使用的金属的电化学和化学反应发生。镀锡触点通常受到腐蚀的影响。所得接触面积的降低可以导致触点和断路器的不可靠操作,以及导致关节和连接的严重功率损失的过电压下降。
在接触表面上施加润滑剂(例如,电池端子)减少了微动腐蚀以及穿和恶化。然而,关节处摩擦的减少可能会降低紧密连接的稳定性和表面的接触压力。在电接触中,导电表面必须实现不加热导电的功能。这种性能由于腐蚀而急剧下降,腐蚀增加了接触电阻,增加了电压降和产生热量。金属氧化产物的积累和表面的微运动可以引起电阻值的尖峰和非常高的有效接触电阻。
除了振动之外,表面之间的热伸长率的差异也导致相对运动。高接触电阻可能导致信令,控制和通信系统的故障,特别是在小型化系统中,因为信令功率受到严重影响。
为了防止腐蚀,铜基合金(如青铜)可作为与锡和锡铅涂层接触的基本金属。铂和银金属也可用作面漆。在锡涂层的情况下,锡的氧化物造成高电阻,即使接触似乎处于良好的状态。一层银涂层对触头具有极好的耐腐蚀性能。电镀,电镀那浸涂并且擦拭是用于银涂层的技术。这里的缺点是可能的可能性电流腐蚀和在空气和水中具有高浓度的硫化合物的反应性。相对微观运动的较大幅度导致非常严重的腐蚀,以及更高的接触压力。退化的最终迹象显示出严重的电弧,熔化,分层,粘附和磨损。
微腐蚀速度取决于:
- 振动
- 频率
- 压力或力量
- 空气湿度
- 温度
- 基础金属和涂层使用
微动腐蚀的加速试验用于确定接触表面上的涂层的寿命。通常,电气部件填充在气密壳体中,以保护它们免受腐蚀。
电气触点的横截面如下所示:
除了很高耐腐蚀性能,电镀金属需要耐磨和微腐蚀。它也应该是强度导电性的。虽然镍和锡受到严重载荷和腐蚀性环境下的烦恼的影响,但钯镍等其他合金易于破解。银具有高耐腐蚀性,不受腐蚀的腐蚀,但其耐磨性较低,因此需要更厚的层 - 至少需要3微米 - 以确保寿命。
涉及浮动腐蚀时,金是最优选的电镀金属之一,选择高耐腐蚀性以及稳定的电气性能。像锡和镍等被动金属涂层可能会遭受孔隙度.这可以通过增加涂层的厚度来克服这一点,但是金对耐腐蚀剂如硫化氢,二氧化硫,氯,氨,二氧化氮和盐雾等腐蚀剂。
可以控制和防止微动腐蚀通过使用接触润滑剂防止与空气和湿气接触。电动机的球轴承和滚子轴承也会由于微动腐蚀、严重的负荷、热量和其他腐蚀剂而失效,除非它们被频繁的再润滑保护。
在接线端子中使用的螺钉和紧固件也会劣化缝隙腐蚀,主要用于螺纹接头。含钼不锈钢耐缝隙腐蚀。使用密封剂也可以防止这种形式的腐蚀。
钢管腐蚀
强的金属导管确保电缆和导体的有效物理保护。由于导管必须起作用的腐蚀性工作环境的可变性,因此无法预测导管的寿命是不可能的。导管系统包括刚性钢导管,中间金属导管,电气管和弯头,联轴器和弯头乳头。在外径表面上,钢导管给出锌合金涂层,而内径表面涂有锌合金或非金属涂层,如聚氯乙烯(PVC).
镀锌表面被保护针对4至12之间的pH的化学品。钢导管主要受电镀锌保护。除锌外,导管还给出了非金属物质的额外涂层。用作锌顶部的额外涂层的其他物质是富含锌的丙烯酸纤维那氨基甲酸乙酯那epoxy-based涂料和pvc。
恰当的表面处理对于有效的腐蚀保护是重要的。还必须清洁表面而不会刮擦,喷砂或磨损以保持锌涂层完整。金属喷雾用于修复铝和锌涂层。
PVC涂层管道
PVC是一种非金属涂层,评估基于适合性的火焰传播,与主涂层的兼容性,耦合器的适合性,以及与耦合器的电气连续性。有时候盐雾试验并在紫外线下进行测试。对于腐蚀和磨损可能损坏标准电气系统和布线的应用,需要PVC涂覆的导管。将涂层涂覆在导管和配件上的过程确保良好地粘附金属以及卓越的腐蚀保护。
低压系统和房屋的腐蚀
由于水分进入引起的腐蚀,电气面板和其他设备配件造成损坏。如果水进入服务接线入口点的面板,则断路器可能由于这种情况而发生故障。这种入口可能是由于雨水和潮湿的风。接线连接,终端,电缆接头,断路器触点和连接器的腐蚀可能导致增加接触电阻,过热,最终,完整的系统故障。腐蚀也可以影响接地系统,保险丝端子,地汇柱,断路器端子和连接器。
受影响的其他区域可能包括:
- 面板表面
- 面板基地
- 母线连接器
- 服务条目电缆
- 主保险丝块的终端
水分入口的原因可能包括:
- 面板底部的水分收集
- 面板组件上的水分凝结
- 潮湿的气候
- 屋顶泄漏
- 风进入
- 来自磨损织物电缆盖的水
这种水分进入的解决方案在于频繁检查和消除根本原因。面板组件应涂有抗腐蚀油漆或喷塑,损坏的部件应用锌或铝金属喷塑来修复。
除了水分之外,还有电池端子等其他组件因酸溢出而腐蚀。导电润滑脂和接触润滑脂用于触点和电池端子的生锈。
控制室腐蚀保护
控制室腐蚀显示:
- 触点腐蚀,颜色变化,高阻
- 腐蚀和破损非常细的电线,导体
- 有缺陷的按钮
- 接通区,公共汽车刺,电机启动器和终端附近的损坏导体
控制室、开关、计算机、仪表控制器等设备的防腐保护可通过:
- 保持控制室与清洁空气加压
- 净化进入的空气使用活性炭
- 湿度和温度控制
- 去除空气污染物
传统空调不能处理工业污染物。解决此问题的纠正/预防措施包括:
- 为了增强组件寿命,选择较厚的导体和耐腐蚀物质和抑制剂
- 使用活性炭过滤空气,获得纯净的空气,这些空气没有腐蚀性气体
- 涂层带银,锡,镉或镍的电源连接器
- 涂上铝和铜母线抗腐蚀