CN102409286B - 地铁用的管片连接件的耐腐蚀和耐碱处理相结合的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地铁用的管片连接件的耐腐蚀和耐碱处理相结合的方法，其特征在于先对管片连接件进行多元金属共渗处理，使其具备防腐蚀性能和导电性能；然后根据管片连接件在装配后可能接触碱性水的部位进行特定部位不同的耐碱处理，所述的特定部位一是对管片连接件中螺栓的光杆部位以及中间螺牙；二是对螺栓两端五牙部位和两头端面；三是螺母和垫片装配后的外露部位。由本发明提供的多元金属共渗和耐碱处理相结合的方法满足了地铁管片连接件的防腐、抗碱以及导电等技术要求，同时大大减少了地铁投入运营中零部件维护和更换的频次，提高了地铁营运的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种地铁用的管片连接件的耐腐蚀和耐碱的方法，更确切地说涉及一种地铁用管片连接件的多元金属共渗和耐碱处理相结合的方法。
背景技术
城市轨道交通是解决我国城市、特别是大型和特大型城市交通的重要手段之一。近年来，轨道交通工程中采用深埋盾构法的隧道工程也日益增多，对地铁管片连接件的防腐蚀技术也提出了更高要求。
地铁隧道管片连接件必须满足地铁隧道100年设计使用寿命的耐久性要求。如果地铁隧道的管片连接件发生锈蚀，由于隧道管片连接件不可更换，将导致构件承载力下降，直接危及地铁的长期运营安全。可见，管片连接件的防腐蚀技术是确保地铁隧道结构耐久使用的重要因素之一；由此可见，地铁管片连接件的服役环境不同于普通铁路或高速铁路，它不仅对机械性能和通用的防腐蚀性能有比较高的要求，还需要解决两个特殊的问题：一、地铁建设施工时，由于施工需要和地下水渗透的原因，施工现场会存在大量的水，水与砼结构件接触后会形成碱性的水溶液，碱性溶液的存在会加速以锌铝元素为抗腐蚀介质防腐层的失效。二是地铁建成运营以后，地铁列车通过隧道时，在隧道中会产生电迷流，电迷流会对列车的形成安全造成较大的安全隐患，因而管片螺栓必须导电，且通过安全结构及时传导出去。
目前，常用的防腐技术有如下几种：a)电镀锌；b)热浸锌；c)热喷锌或铝、或锌铝合金；d)达克罗技术；e)QPQ盐浴复合热处理技术；f)粉末渗锌及在其基础上发展的多元合金共渗+封闭层技术。
电镀锌和热浸锌由于环境污染的问题，已经属控制发展的行业。热喷锌(或铝、或锌铝合金)存在着难以克服的孔隙率问题，尽管目前可控制在1％左右，但是无法从根本上解决，而一旦封闭存在缺陷，水、氧气和盐类很容易通过孔隙进入机体发生腐蚀。达克罗技术耐蚀性强，抗中性盐雾好，但涂层薄、耐磨性欠佳，且受施工环境影响较大。QPQ复合热处理技术能耗高，有不利环保因素，而耐蚀寿命也仅2-3年。
综上所述，针对地铁隧道中管片连接件的特殊要求，必须有效解决上述抗碱和电速流问题，提供一种共渗处理和耐碱处理相结合的方法，使制备的管片连接件满足地铁隧道的设计要求，从而构筑成本发明的构思。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地铁用管片连接件的多元金属共渗处理和耐碱处理相结合的方法。
本发明的任务是这样实现的：首先对管片连接件进行多元金属共渗处理，使其具备防腐蚀性能和导电性能，然后在多元金属共渗的基础上进行耐碱处理，使其具备耐碱性。
本发明中，在管片连接件上进行的多元金属共渗处理，通过锌、铝以及稀土等元素在380～430℃的温度条件下，与助渗剂的化学反应，形成活性多种金属原子，与钢铁基体间发生相互渗透，形成的多元金属共渗层是以锌为主的锌铁稀土合金层，其厚度约30～50μm。微观上，所述的多元金属共渗层是由过渡层、中间层和最外层三层组成。
其中，过渡层为铁基材料中的铁素体和珠光体，加上少量铁与渗镀金属间化合物δ相，过渡层中镀的质量百分含量为20-25％，余量为铁、稀土元素La、铝及不可避免杂质；
中间层以δ相为主和少量的铁基材料中的铁素体和珠光体组成，中间层的锌质量百分含量为75-80％，余量为铁、稀土元素La、铝及不可避免杂质；
最外层以Fe3Zn10和FeZn双相，即Γ相和α相为主，最外层中锌的质量百分含量为≥60-70％，余量为铁、稀土元素La、铝及不可避免杂质；
上述①δ相中锌质量百分含量为85％，铁为10％，余量为铝、稀土元素La；
②不可避免的杂质的质量百分含量≤1％。
本发明中，一般用金属卤化物或卤素的盐类作为助渗剂。通常使用NH4Cl。
本发明中，多元金属共渗层中的铁与多元金属形成的金属间化合物能够对铁基体起到阴极保护的作用。以多元金属共渗时形成的δ相为例，δ相中锌含量为85％左右、铁10％左右、余量为铝和稀土金属。从电极电位看，δ相的标准电极电位是-0.65V，纯锌是-0.762V，Fe是-0.439V。δ相、锌、铁三者之间电极电位的关系是：Fe＜δ＜纯锌，因此δ相可以对铁基材料起到阴极保护，有利于提高铁基材料的防腐蚀性能。
本发明中，经处理的管片连接件，按《GB/T 10125-1997，人造气氛腐蚀试验，盐雾试验》中NSS(中性盐雾试验)方法，在中性盐雾试验箱中进行连续喷雾，超过500小时未见红锈。
本发明中，由于加入锌铝等金属材料，使得共渗层的导电性能比纯铁有所提高。铁的电阻率为97p/nΩ·m，而锌的电阻率为52p/nΩ·m，铝为27p/nΩ·m。经多元金属共渗后的管片连接件，其配合电阻为3mΩ，小于设计需要的上限值：3.5m-Ω。保证了连接件设计需要的导电性能。
本发明所涉及的耐碱处理，是根据管片连接件在装配后可能接触到碱性水的部位，进行特定部位不同耐碱处理。管片连接件一是对连接件中螺栓的光杆部位以及中间螺牙(图3所示A区域螺牙)进行耐碱处理。二是对螺栓两端五牙部位和两端端面，以及螺母和垫片装配后的外露部位进行耐碱处理。
地铁管片连接件管片拼装后，连接螺栓的上除两头与螺母接触部位，其余均可能接触到碱性水。不同的是，螺栓的光杆部位以及中间螺牙部位处于管片砼构件的内部，接触碱性水的程度较轻，而螺栓的端部五牙处以及两个端面则完全暴露在外，此处不管是在地铁隧道建设过程中，还是在地铁运营过程中，均可能接触到含有氢氧根离子的碱性水。而螺母垫片在装配以后，其四周面以及正面也将与碱性水有接触。因而对螺杆的光杆部位可以采用适当的耐碱处理，而对螺杆的端部以及螺母垫片均要采用耐碱能力更强的处理方式。
本发明中，对螺栓的光杆部位以及中间螺牙，采用SDF-202耐碱涂层涂装处理。SDF-202耐碱涂层是以改性环氧树脂为基础的，加上锌片和铝片形成的一种金属涂料。其中，锌、铝的粒径为25-40μm，片厚＜0.25μm，锌铝片的质量百分含量为5-10％，其防腐机理是以封闭方式隔绝腐蚀介质对铁基电化学腐蚀。采用喷涂方式加涂的，烘烤温度在160～180℃，烘烤时间为15-20分钟，涂层厚度为10-12μm。
本发明中，对螺栓两端部以及螺母垫片部件，采用市售的JC-806黑色耐碱涂层涂装处理。JC-806黑色耐碱涂层是以氟树脂改性环氧树脂为基础的，加上耐蚀耐碱填料的一种涂料。经氟树脂改性的环氧树脂在耐蚀、耐溶剂等性能上均高于普通树脂。采用喷涂和机械刷涂，烘烤温度180～200℃，烘烤时间为15-20分钟，涂层厚度为10-12μm。
本发明中，由于多元金属共渗过程是基体表面的铁与待渗的多元金属件的相互渗透，其共渗层的表层仍有少量的铁元素存在。因而无论是SDF-202耐碱涂层还是JC-806黑色耐碱涂层，都将表层的铁覆盖，隔绝了铁与腐蚀介质间的接触，延缓了生锈的时间。它们在保证了管片连接件的耐碱性能的同时，也提高了管片连接件的防腐蚀性能。
本发明中，由于耐碱涂层仅仅对管片螺栓与螺母垫片配合后外露的部位进行处理，并不影响两者配合以后的配合电阻，保证了地铁设计所需的关于导电性能的要求。
本发明最终处理后的管片连接螺栓关于防腐蚀、耐碱以及导电等最终性能见表1：
表1
由本发明提供的多元金属共渗和耐碱处理相结合的方法满足了地铁管片连接件的防腐、抗碱以及导电等技术要求，同时大大减少了地铁投入运营中零部件维护和更换的频次，提高了地铁营运的经济性。
附图说明
图1为垫片耐碱涂层处理部件，图中剖面线条进行JC-806黑色耐碱处理。图中箭头所指部位进行JC-806黑色耐碱处理，垫片内圆以外5mm区域内(图中圆环状为装配部位)，为保证导电性能，不做耐碱处理。
图2为螺母耐碱涂层处理部位。图中螺母的六角面以及一正面进行JC-806黑色耐碱处理；内螺纹以及另一面(装配面)，为保证导电性能，不做耐碱处理。
图3为螺栓耐碱涂层处理部位。图中，1、螺栓两端五个螺牙部位，以及两头端面进行JC-806黑色耐碱处理；2、螺栓的光杆部位和中间螺牙(A区域螺牙)进行SDF-202耐碱涂层处理；3、其余部位不做耐碱处理。
具体实施方式
通过具体实施例的介绍，以进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进一步。
实施例1
管片连接件多元金属共渗处理，通过锌、铝和稀元素在380-430℃温度条件下，与助渗剂NH4Cl化学反应，形成活性多种金属原子，与钢铁基体发生相互渗透，形成共渗层厚度为40-50μm。共渗层由过渡层为少量的δ相，过渡层的锌质量百分含量为25％，中间层为δ相为主与少量的铁基材料中的铁素体和珠光珠组成，该层锌质量百分含量达到为80％。
最外层以双相组织(Γ相+α相)为主，锌质量百分含量达60％以上，经上述多元金属共渗后的管片连接件，配合电阻为3mΩ，低于设计的上限值(表1)。
实施例2
管片连接件的耐碱处理，主要是对连接件中的螺栓的光杆部位及中间螺牙进行耐碱处理(图3)。采用SDF-202耐碱涂层处理。在170-180℃烘烤15-20分钟，涂层厚度为10-12μm(见图3及说明)。
实施例3
对螺栓两端部及螺母垫片采用JC-806黑色耐碱涂层涂装处理。在180-200℃烘烤15-20分钟，涂层厚度为10-12μm(见图1、2及说明)。特别应指出的图1垫片内圆以外5mm的环状区域内不做耐碱处理。
Claims (2)
1.一种地铁用的管片连接件的耐腐蚀和耐碱处理相结合的方法，其特征在于先对管片连接件进行多元金属共渗处理，使其具备防腐蚀性能和导电性能，所述的多元金属共渗处理是通过锌、铝以及稀土元素La在380-430℃的温度条件下，与助渗剂进行化学反应，形成活性多种金属原子，并与钢铁基体间发生相互渗透，形成以锌为主的锌铁稀土合金的多元金属共渗层；形成的多元金属共渗层依次由过渡层、中间层和最外层组成；多元金属共渗层厚度为30-50μm；
其中，过渡层为铁基材料中的铁素体和珠光体，加上少量铁与渗镀金属间化合物δ相，过渡层中锌的质量百分含量为20-25％，余量为铁、稀土元素La、铝及不可避免杂质；
中间层以δ相为主和少量的铁基材料中的铁素体和珠光体组成，中间层的锌质量百分含量为75-80％，余量为铁、稀土元素La、铝及不可避免杂质；
最外层以Fe3Zn10和FeZn双相为主，双相即Γ相和α相，最外层中锌的质量百分含量为60-70％，余量为铁、稀土元素La、铝及不可避免杂质；
上述δ相中锌质量百分含量为85％，铁为10％，余量为铝和稀土元素La；
上述不可避免杂质的质量百分含量≤1％；
所述的助渗剂为NH4Cl；
根据管片连接件在装配后可能接触碱性水的部位进行特定部位不同的耐碱处理，所述的特定部位一是管片连接件中螺栓的光杆部位以及中间螺牙；二是螺栓两端五牙部位和两头端面；
三是螺母和垫片装配后的外露部位；
其中对螺栓两端五牙部位和两头端面、螺母和垫片装配后的外露部位采用市售JC-806黑色耐碱涂层涂装处理，市售JC-806黑色耐碱涂层采用喷涂或机械刷涂方法，烘烤温度为180-200℃，烘烤时间为15-20分钟，涂层厚度为10-12μm。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述螺母的耐碱涂层为螺母的六角面及一个正面，螺母的内螺纹及另一面不作耐碱处理；
所述垫片的内圆以外5mm的环状区域不作耐碱处理。
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