石墨烯防雷接地材料与铜覆钢连接电位差腐蚀解决方案

 防雷系统    |      2018-09-21
我国接地材料通常采用石墨烯防雷接地材料,但由于钢制接地材料易腐蚀,使用寿命短,因此逐步已被新型材料所替代。铜制(铜或铜覆钢)接地材料由于具有优良的导电性能和耐腐蚀性能,通常其截面积仅是钢制接地材料的1/2以下,使用寿命是钢制接地材料的3~6倍,是替代钢制接地材料的最主要的一种新型材料。但铜覆钢接地材料由于表层铜的电位较高,如果与地下管网(钢制)直接相连接或距离较近,易对地下管网产生电位差腐蚀,如采用阴极保护将会抬高保护电位。为了解决这一缺陷,可以采用热浸锡连铸铜覆钢,它的性能不仅优于铜覆钢接地材料,而且又能解决铜覆钢接地材料对地下管网产生电位差腐蚀问题,但是费用相对铜覆钢材料要高一些。
工作原理
当大多数金属和各种溶液接触时,都会自发的腐蚀,金属变成金属离子进入溶液,在金属表面上,留下相应的电子,进入溶液的离子越多,留在表面的电子也就越多,由于负电子与正离子的相互吸力,金属的离子化就越来越困难,最终达到平衡,如下式所示:
                          M⇋Mn+ne
用电化学属于说,金属在溶液中建立了一个平衡(电极)电位。金属在溶液中成为一个电极,电极电位和自由能同样可以表示腐蚀的自发倾向:电位高,表示不容易离子化,如金、银、铜等贵金属。
电位和自由能的关系可由电化学的下列公式解释:
                          △G0=-nE0F
公式中
△G0——腐蚀反应的自由能变化
E0——腐蚀电池的电动势
N——氧化反应中的电子数,即金属离子的价数
F——法拉第常数,F=96500C
由上式可看出,电池电动势越大,自由能降低(-△G0)就越大,即腐蚀倾向越大。电动势等于电池中两个电极(阴极和阳极)点位置差。腐蚀电池的阳极反应是金属变成离子,阴极反应一般是溶液中氧的离子化。只有同时存在阴阳极反应,有效的取走金属表面的离子,腐蚀才能继续进行,可见,阳极金属电位越低,则E0越大,-△G0也越大。
下表列出了一些重要金属的标准电极电位,由于金属电位随溶液中金属离子浓度和温度的变化,所采用25℃下每升溶液含金属离子为单位活度的溶液为标准溶液,测出不同金属的电位作为标准电位,以便于比较,电位的绝对值难于测量,而是以氢的标准电位为零电位,测其他金属和氢电极的电位差,作为金属的标准电位。
接地网与铜覆钢连接电位差腐蚀解决方案




上表将金属标准电位由小(负)到大(正)排列的,从表中可以看出,Fe的标准电位是-0.036(Fe3+)和-0.440(Fe 2+),在其之间的金属主要有Cd9-0.403)、Co(-0.277)、Ni(-0.250)、Sn(-0.136)、Pb(-0.126),综合材料成本及环保考虑,选用在铜质接地材料表面覆锡,即热浸锡连铸铜覆钢基本能解决对地下管网发生电位差腐蚀的问题。