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控制电子设备的腐蚀

通过希瓦南达帕布
发布日期:2021年3月4日
关键的外卖

根据电气设备和控制设备的使用情况,仔细选择涂层和基材,可以提高整个系统的可靠性和成本效益。

控制和开关设备的故障导致50%以上的电气系统宕机,给美国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。恶劣的环境会引起电化学恶化以及对金属线端子的化学腐蚀。总的来说,载流部件和开关以及控制设备的腐蚀会影响各种电气元件和生产设施的可靠性和不间断运行。

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电气设备和系统的设计人员在制定材料规格、设计设备和应用时,需要有合理的判断涂料尽量减少电子元件金属表面的损坏。现场经验,结合加速试验方法,有助于保持平衡的方法。这里我们将介绍电气系统中的腐蚀以及如何防止腐蚀。

腐蚀问题的性质

电触点腐蚀导致的问题包括意外电源中断、断开或连接失败,以及由于接触表面恶化而导致的断续连接。

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在自动化应用中,间歇性连接是不可接受的。因此,工业界需要分析腐蚀的风险,无论是来自湿气还是来自活性剂等成分。石油和石化行业必须应对石油和天然气中的腐蚀性成分,以及可能存在的含盐海洋环境,而煤炭发电站、冶金和采矿行业在空气中产生腐蚀性粉尘,而铁水生产涉及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.)

自动化设备用电线端子

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用于金属对金属接触。必须保护金属免受腐蚀,以确保低接触电阻、高导电率,以及准确施力所需的机械能力。

可靠和可持续的电气连接具有某些先决条件,例如:

腐蚀性化学物质

电动自动控制系统通常必须在腐蚀性的化学环境中工作,这些环境可能含有硫化合物和氨,这是已知的原因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中的一种。

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氯气和氯化物通常存在于造纸和制浆过程中,以及食品和饮料工厂中。氯化钠存在于海水和沿海大气中;它也用于食品加工工业。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工业。二氧化硫目前主要从事石油和天然气处理和加工、水泥、橡胶和金属加工,以及发电厂和轮胎制造。

终端建设

为了满足系统的电气和机械功能的要求,导线端子被构造为螺旋端子或弹簧钳端子。在夹紧系统中,夹钳和螺丝是用黄铜制成的镀镍或钢铁镀锌铬酸盐涂层

含铜镀锡通常用作导线套圈、导线和条形导线。有时镀镍条也用作互连处的导体。由于端子暴露于振动、机械冲击和循环热以及潜在腐蚀性环境中,因此夹紧设计必须通过保持测量的夹紧力来确保密封连接。螺钉端子可使用防振自锁装置,以防止逐渐松动。使用正确的拧紧力矩有助于降低扭矩接触腐蚀的关节。(要了解更多关于烦躁的知识,请阅读理解和防止电气设备中的微动腐蚀损伤.)

防护涂料

除了不锈钢,电线端子中使用的每种其他金属都需要防护涂层.这些涂料分为障涂层牺牲涂层.如果涂层在正常工作时被消耗,则属于牺牲型涂层。当牺牲涂层被完全去除时,腐蚀就开始了底物金属完全暴露在腐蚀性环境中。锌涂层钢(镀锌)是牺牲涂层的典型示例。(有关锌涂层的更多信息,请阅读镀锌及其防腐效果.)

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、机械磨损或涂层工艺缺陷。

用作屏障涂层的材料包括:

  • 用铬酸盐处理钝化剂,用锌作底漆
  • 在铬酸盐层上额外的表面涂层
  • 镀锡涂在铜上,主要用于导电
  • 镀镍黄铜

(为了快速介绍金属涂料,阅读:每个人都应该知道的最常见的金属涂层类型.)

作为螺丝端子夹的金属钢

通常情况下,带有锌层和铬酸盐层以及附加涂层的螺纹端子首选中碳钢顶层外套.当锌层由于环境因素开始腐蚀时,表面会产生一种白色的粉末。当锌被完全消耗时,表面形成的红色层表明钢的腐蚀。因此,较厚的锌层可以延长组件的使用寿命。

因为锌在世界上不如钢贵电流系列,在大多数情况下,锌腐蚀缓慢。附加铬酸盐层和附加顶部屏障涂层进一步提高了保护系统的寿命。锌合金涂层,如锌钴、锌镍、锡锌和锌铁,因其增强的防腐性能而被广泛使用。锌镍具有三倍以上的耐腐蚀性与相应厚度的纯锌层相比底物暴露于盐水和其他腐蚀性物质。

锌或锌合金表面的六价铬酸盐阻挡层有助于提高防腐性能,但该材料现已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表面涂层,以便与六价铬酸盐一样有效,六价铬酸盐有一些自愈财产。某些硅酸盐用作三价铬酸盐上方的面漆。这些面漆能防水和抗化学反应。然而,当在导电表面上使用涂层时,需要检查面漆的导电性,因为在某些端子中,载流导体直接夹在端子的电流棒上。这个密封夹钳或电流棒上的涂层不应影响连接的电导率。

有些密封材料是用配方制成的自愈能力。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产生被动的氧化膜与水分结合,而水分是由钢中的铬维持的。这种薄膜被认为是最有效的选择,因为它是无孔和自愈合的。不锈钢是腐蚀环境中绝缘位移型的选择材料,以及弹簧钳型的电线端子。(相关阅读:不锈钢为什么耐腐蚀?)

然而,在150°F至170°F(66°C至77°C)的高机械应力和温度下,某些等级的不锈钢可能会失效,特别是由于以下原因: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除去钝化的过程。

镀镍黄铜

黄铜是铜的合金,当接触氯化物和氮化合物等酸性物质时,很容易受到腐蚀。应力腐蚀开裂可能是由于化学环境和高机械应力造成的。但铜也有优势,包括高导电性和低总成本。

镀镍用于保护黄铜免受腐蚀。电镀过程容易出现缺陷,例如小孔和孔洞,使高腐蚀性物质在某些条件下接触到铜衬底。镍也被认为对接触镍的人有健康风险。镍甚至被认为是一种值得关注的材料根据欧洲监管机构的说法

用镀锡的铜导线和当前棒

选择铜主要是因为它具有很高的载流能力,而且它不会因电阻而产生那么多热量。电化学反应氧气和水分会形成氧化铜,以及氯化物、硫化物和其他取决于化学污染物的化合物。氧化物和其他化合物是电的不良导体。因此,它们会增加电阻和热量,导致无法连接或闪烁。屏障型保护涂层通常以镀锡的形式应用于铜的电流棒、端子和导线上。锡能够防止硫化合物和氧化物的形成。

电连接器的微动腐蚀

接触腐蚀的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,接头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。在电触点中,导电表面必须在不加热的情况下实现导电功能。这种特性因腐蚀而大大降低,腐蚀会增加接触电阻,并增加电压降和发热。累积的金属氧化产物和表面的微动可导致电阻值峰值和非常高的有效接触电阻。

除了振动,表面之间的热伸长差异也会导致相对运动。高接触电阻会导致信号、控制和通信系统出现故障,尤其是在小型系统中,因为信号电源受到严重影响。

为防止腐蚀,铜基合金(如青铜)可用作基底金属,用于接触顶部的锡和锡铅涂层。铂和银金属也用作面漆。在锡涂层的情况下,锡的氧化物会导致高电阻,即使触点看起来状态良好。银涂层对触点尖端的耐腐蚀性非常好。电镀,电镀,浸涂,和拭子是用于镀银的技术。这里的缺点是电化学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。

微动腐蚀的速率取决于:

  • 振动
  • 频率
  • 压力或力
  • 空气湿度
  • 温度
  • 基础金属和涂层使用

微动腐蚀加速试验用于确定接触表面涂层的使用寿命。通常,电气部件包装在密封外壳中,以防腐蚀。

电触点的横截面如下图所示:

电触点的横截面:顶层、铬酸盐层、锌层、钢基体

除了非常高耐腐蚀性,电镀金属需要耐磨损和微动腐蚀。它还应该是高度导电的。镍和锡在严重的负载和腐蚀环境下会受到微动腐蚀的影响,而钯镍等其他合金则容易开裂。银具有很高的耐蚀性,不受微动腐蚀的影响,但其耐磨性较低,因此需要更厚的层,至少3微米,以确保寿命。

当涉及到微动腐蚀时,金是最优选的电镀金属之一,并且选择金具有高耐腐蚀性和稳定的电气性能。锡和镍等被动金属涂层可能会受到影响孔隙度. 这可以通过增加涂层的厚度来克服,但金耐腐蚀剂,如硫化氢、二氧化硫、氯、氨、二氧化氮和盐雾。

微动腐蚀是可以控制和防止的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。

用于接线端子的螺钉和紧固件也会因缝隙腐蚀,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。钢导管外径表面涂锌合金涂层,而内径表面涂锌合金或非金属涂层等聚氯乙烯(PVC)

镀锌表面可以抵御pH值在4到12之间的化学物质。钢管主要是通过镀锌来保护的。除了锌外,导管还附加了一层非金属物质的涂层。其他用作锌表面附加涂层的物质是富锌的丙烯酸,氨基甲酸乙酯,环氧基涂料和PVC。

适当的表面处理对于有效的防腐是很重要的。表面也必须进行清洁,不得划伤、喷砂或磨损,以保持锌涂层完整。金属喷雾剂用于修补铝和锌涂层。

PVC-Coated管道

PVC是一种非金属涂层,根据火焰传播的适用性、与底漆的兼容性、联轴器的配合以及联轴器的电气连续性进行评估。有时也是这样盐雾试验并在紫外线下进行测试。pvc涂层导管对于腐蚀和磨损可能损坏标准电气系统和电线的应用是必要的。在管道和配件上涂上涂层的过程确保了与金属的良好结合以及优越的防腐保护。

低压系统和住宅的腐蚀

在低压应用中,电气面板和其他设备附件会因为潮气的进入而腐蚀而损坏。由于这种情况,如果水进入维修接线入口的面板,断路器可能会故障。这种入侵可能是由于暴雨和潮湿的风。电线连接、端子、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,最终导致系统完全故障。腐蚀还会影响接地系统、熔断器端子、接地母线排、断路器端子和连接器。

其他受影响的地区包括:

  • 面板表面
  • 面板基地
  • 母线连接器
  • 服务入口电缆
  • 主保险丝盒的端子

水分进入的原因可能包括:

  • 收集面板底部的水分
  • 面板组件上的水汽凝结
  • 潮湿的气候
  • 屋顶泄漏
  • 风进入
  • 磨损的织物电缆盖中的水

解决这种湿气进入的办法在于经常检查和消除根本原因。面板组件应涂覆防腐油漆或喷涂,损坏的零件应通过锌或铝金属喷涂修复。

除湿气外,其他部件如电池端子也会因酸液溢出而腐蚀。导电润滑脂和接触润滑脂用于触点和蓄电池端子生锈。

控制室腐蚀保护

控制室腐蚀表现为:

  • 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、仪表控制器和其他设备的防腐可通过以下方式确保:

  • 保持控制室有清洁空气增压
  • 净化进入的空气使用活性炭
  • 湿度和温度控制
  • 清除空气污染物

传统的空调无法处理工业污染物。解决这一问题的纠正/预防措施包括:

  • 为了提高组件寿命,请选择较厚的导体、耐腐蚀物质和抑制剂
  • 使用活性炭过滤空气,获得不含腐蚀性气体的纯净空气
  • 用银,锡,镉或镍涂层电源连接器
  • 对铝和铜母线进行防腐处理

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Shivananda Prabhu的头像

Shivananda Prabhu是印度卡纳塔克邦迈索尔大学的工程师研究生,也是XLRI的PGDBM(相当于MBA), XLRI是一个排名前十的管理学院。他曾在Jamshedpur的塔塔钢铁公司(Tata Steel)担任维护经理和摩擦学、润滑、磨损预防、腐蚀预防、维护管理和状态监测方面的专家。他对损失预防和价值工程以及知识管理倡议做出了贡献。

他后来作为一名技术培训师,安全培训师,ISO 9001,ISO 14001,管理培训师和培训和人力资源专家。

在大约四年的时间里,他在PG机构的学术机构工作,担任教授,后来在浦那担任IPS(管理学院)主任。他还担任了三年的研究论文、报纸、行业期刊和网站的编辑和作者。总的来说,他的经验超过25年。

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