一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法

摘要

本发明涉及一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，步骤如下：1)对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，除去部件表面油污；2)对部件进行活化处理，活化部件金属表面；3)在部件表面镀铝；4)对部件表面进行氧化处理，在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜。本方法可以有效地防止气体绝缘介质C4F7N在较高温度时腐蚀电气绝缘设备内部的金属材料，延长电气绝缘设备使用寿命，同时，防止C4F7N与金属材料反应分解，保证绝缘气体的电气绝缘水平，避免影响电气设备的正常工作运行，防止产生毒性气体，并且操作流程简单，具有很好的工程应用价值。

权利要求

1.一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤如下：具体步骤如下：

1）对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，除去部件表面油污：将电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件浸泡于30～110℃的清洗剂中，利用超声波清洗仪清洗除去金属部件表面污垢，随后用80 90℃的清水冲洗金属部件并干燥；

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2）对部件进行活化处理，活化部件金属表面：将步骤1）清洗后的部件放入90 100℃活~

化剂中浸泡，活化剂组分及质量百分配比为：5wt%Na2B4O7，1~1.5wt%NH4Cl，余量为水；

3）在部件表面镀铝：采用热浸镀铝法将步骤2）表面活化后的部件浸泡于浸镀液中在部件表面镀一层铝，铝层厚度为30 40μm，浸镀液的成分及质量百分比为：5 6wt%Si，1 1.5wt%~ ~ ~

的Re，余量为Al；

4）对部件表面进行氧化处理，在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜：将步骤3）表面镀有铝层的部件冷却后置于氧气中进行氧化处理即得到成品，氧化铝薄膜厚度为10 15μm。

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2.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤1）所述电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件材质选自铜，铜合金。

3.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤1）所述清洗剂的组分及质量百分配比为：亚硝酸钠0.1～0.3％，碳酸钠0.3～

0.6％，余量为水。

4.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在2

于，步骤1）所述超声波清洗仪功率为0.3 0.5W/cm，超声清洗时间为10 15min。

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5.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤1）清水冲洗金属部件的时间为5 10min，步骤1）所述干燥温度为25 60℃，干燥时间~ ~

为2 4h。

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6.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤3）所述浸镀液温度为540 550℃，部件在浸镀液中浸镀的时间为3 5min。

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7.根据权利要求1所述的电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，其特征在于，步骤4）所述氧气体积浓度为99.99%以上，氧化处理温度为300 400℃，氧化处理时间为2~

4h。

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说明书

一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法

技术领域

[0001] 本发明属于气体绝缘开关装置技术领域，具体涉及一种电气绝缘设备金属表面处理防止全氟异丁腈(C4F7N)气体腐蚀的方法。

背景技术

[0002] 由于传统绝缘气体六氟化硫(SF6)带来的环境问题备受关注，国内外电气制造商积极寻找能够替代SF6气体的环保型绝缘气体。C4F7N气体绝缘性能良好，具有较低的温室效
应潜能指数(GWP)，且化学性质稳定，急性吸入毒性低，是当下最具潜力的SF6替代气体之
一。

[0003] C4F7N在实际应用过程中易腐蚀电气设备中的金属材料，不仅会使绝缘设备内金属部件性能劣化，导致沿面闪络电压下降、气体泄漏等问题，还会导致C4F7N 分解，降低绝缘性
能。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N气体腐蚀的方法，在保持金属材料强度和良好导电性的同
时，阻隔金属材料与C4F7N气体接触，避免金属材料在高温下被 C4F7N腐蚀，延长电气绝缘设
备使用寿命。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

[0006] 提供一种电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法，步骤如下：

[0007] 1)对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，除去部件表面油污；

[0008] 2)对部件进行活化处理，活化部件金属表面；

[0009] 3)在部件表面镀铝；

[0010] 4)对部件表面进行氧化处理，在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜。

[0011] 按上述方案，步骤3)在部件表面镀铝，铝层厚度为30～40μm。

[0012] 按上述方案，步骤4)氧化铝薄膜厚度为10～15μm。

[0013] 上述电气绝缘设备金属表面处理防止C4F7N腐蚀的方法具体步骤如下：

[0014] 1)将电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件浸泡于30～110℃的清洗剂中，利用超声波清洗仪清洗除去金属部件表面污垢，随后用80～90℃的清水冲洗金属部件并干燥；

[0015] 2)将步骤1)清洗后的部件放入90～100℃活化剂中浸泡，活化剂组分及质量百分配比为：5wt％Na2B4O7，1～1.5wt％NH4Cl，余量为水；

[0016] 3)采用热浸镀铝法将步骤2)表面活化后的部件浸泡于浸镀液中在部件表面镀一层铝，浸镀液的成分及质量百分比为：5～6wt％Si，1～1.5wt％的Re，余量为 Al；

[0017] 4)将步骤3)表面镀有铝层的部件冷却后置于氧气中进行氧化处理即得到成品。

[0018] 按上述方案，步骤1)所述电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件材质选自铜，铜合金。

[0019] 按上述方案，步骤1)所述清洗剂的组分及质量百分配比为：亚硝酸钠0.1～ 0.3％，碳酸钠0.3～0.6％，余量为水。

[0020] 按上述方案，步骤1)所述超声波清洗仪功率为0.3～0.5W/cm2，超声清洗时间为10～15min。

[0021] 按上述方案，步骤1)热水冲洗金属部件的时间为5～10min。

[0022] 按上述方案，步骤1)所述干燥温度为25～60℃，干燥时间为2～4h。

[0023] 按上述方案，步骤3)所述浸镀液温度为540～550℃，部件在浸镀液中浸镀的时间为3～5min。

[0024] 按上述方案，步骤4)所述氧气体积浓度为99.99％以上，氧化处理温度为 300～400℃，氧化处理时间为2～4h。

[0025] 本发明首先对电气绝缘设备接触C4F7N气体的部件表面进行清洗，然后对表面进行活化，再采用热浸镀铝法在金属部件表面镀一层铝，活化处理使部件表面所得铝层完整无
孔隙，而通过在镀铝液中添加适当比例的Si和Re(稀土元素)能提高部件在常温或局部过热
时的长期耐腐蚀性，提高镀层的加工性，同时还能减小铝膜厚度，最后对部件进行氧化处理
在部件表面形成一层致密的氧化铝薄膜，有效避免了C4F7N与金属材料的相互接触，防止在
过热情况下发生反应导致C4F7N分解和金属材料的腐蚀。

[0026] 本发明的有益效果在于：本方法可以有效地防止气体绝缘介质C4F7N在较高温度时腐蚀电气绝缘设备内部的金属材料，延长电气绝缘设备使用寿命，同时，防止C4F7N与金属材
料反应分解，保证绝缘气体的电气绝缘水平，避免影响电气设备的正常工作运行，防止产生
毒性气体，并且操作流程简单，具有很好的工程应用价值。

附图说明

[0027] 图1为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 170℃下暴露40小时后的照片及局部放大图；

[0028] 图2为实施例1表面处理后所得样品在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中，170℃下暴露40小时后的照片及局部放大图；

[0029] 图3为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 220℃下暴露40小时后表面的SEM图；

[0030] 图4为实施例1表面处理后所得样品在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中，220℃下暴露40小时后表面的SEM图；

[0031] 图5为10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体在不同温度下与未经处理的紫铜材料接触40小时后C4F7N的分解情况图；

[0032] 图6为10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体在不同温度下与实施例1 表面处理后所得样品接触40小时后C4F7N的分解情况图。

具体实施方式

[0033] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

[0034] 实施例1

[0035] 一种电气绝缘设备金属部件(材质为紫铜)表面处理防止C4F7N气体腐蚀的方法，具体步骤如下：

[0036] 1)对紫铜部件进行清洗：将紫铜部件浸泡于60℃的清洗剂(亚硝酸钠0.3wt％，碳2
酸钠0.5wt％，余量为水)中，采用超声波清洗仪(功率为0.5W/cm ) 对部件进行清洗，清洗
时间为10min，随后用80～90℃清水冲洗金属部件5min，并在干燥机中于60℃下放置2h烘
干；

[0037] 2)将清洗后的部件放入90～100℃活化剂中浸泡，活化剂组分及质量百分配比为：5wt％Na2B4O7，1.5wt％NH4Cl，余量为水；

[0038] 3)采用热浸镀铝法在金属部件表面镀铝：将表面活化后的金属部件浸泡在 550℃浸镀液中浸镀4min，浸镀液的成分及质量百分比为：5wt％Si，1.5wt％Re，余量为Al，在紫铜
部件表面形成平整无孔隙的铝层，铝层厚度为30～40μm；

[0039] 4)将表面镀有铝层的部件置于氧气中进行氧化处理：将镀铝后的金属部件常温冷却3h后在体积浓度为99.99％的氧气中于400℃下高温氧化处理3h，使得紫铜部件表面形成
致密的氧化铝薄膜(氧化铝薄膜厚度为10～15μm)，取出自然冷却后即为成品。

[0040] 图1为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 170℃下暴露40小时后的照片及局部放大图，图2为本实施例表面处理后所得样品在C4F7N/N2中，170
℃下暴露40小时后的照片及局部放大图，可见未经处理的紫铜样品表面出现斑点，纹路较
粗糙，而表面处理后所得样品表面未发生明显变化，纹路清晰。

[0041] 图3为未经处理的紫铜材料在10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体中， 220℃下暴露40小时后表面的SEM图，图4为本实施例表面处理后所得样品在 C4F7N/N2中，220℃下暴
露40小时后表面的SEM图，图3中在紫铜表面出现大量不规则晶体，表面结构更加蓬松，而图
4表面处理后的样品表面由于存在氧化铝薄膜，表面形貌仍紧致完整，视野内腐蚀点较少。

[0042] 图5为10％C4F7N、90％N2(体积分数)混合气体在不同温度下与未经处理的紫铜材料接触40h后C4F7N的分解情况图，图6为10％C4F7N、90％N2(体积分数) 混合气体在不同温度
下与本实施例表面处理后所得样品接触40h后C4F7N的分解情况图，纵坐标表示气体组分的
浓度(单位ppm)，横坐标为仪器分析时间。由图5与图6对比可以看出，温度为120℃和170℃
时，与本实施例表面处理后所得样品接触40h，C4F7N分解组分更少，说明C4F7N与本实施例表
面处理后所得样品的相容性更好。在正常运行条件下，由于电流的热效应，载流的发电机组
和开关触点会有一定的温升，同时由于触头接触不良等因素，GIS等设备内部可能出现局部
过热现象，温度一般不超过170℃，采用本申请方法对电气绝缘设备金属部件进行表面处理
后与C4F7N相容性好，具有实际应用价值。

[0043] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因
此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。