石墨烯防雷接地材料與銅覆鋼連接電位差腐蝕解決方案

 常見問題解答    |      2018-09-21
我國接地材料通常采用石墨烯防雷接地材料,但由於鋼製接地材料易腐蝕,使用壽命短,因此逐步已被新型材料所替代。銅製(銅或銅覆鋼)接地材料由於具有優良的導電性能和耐腐蝕性能,通常其截麵積僅是鋼製接地材料的1/2以下,使用壽命是鋼製接地材料的3~6倍,是替代鋼製接地材料的最主要的一種新型材料。但銅覆鋼接地材料由於表層銅的電位較高,如果與地下管網(鋼製)直接相連接或距離較近,易對地下管網產生電位差腐蝕,如采用陰極保護將會抬高保護電位。為了解決這一缺陷,可以采用熱浸錫連鑄銅覆鋼,它的性能不僅優於銅覆鋼接地材料,而且又能解決銅覆鋼接地材料對地下管網產生電位差腐蝕問題,但是費用相對銅覆鋼材料要高一些。
工作原理
當大多數金屬和各種溶液接觸時,都會自發的腐蝕,金屬變成金屬離子進入溶液,在金屬表麵上,留下相應的電子,進入溶液的離子越多,留在表麵的電子也就越多,由於負電子與正離子的相互吸力,金屬的離子化就越來越困難,最終達到平衡,如下式所示:
                          M⇋Mn+ne
用電化學屬於說,金屬在溶液中建立了一個平衡(電極)電位。金屬在溶液中成為一個電極,電極電位和自由能同樣可以表示腐蝕的自發傾向:電位高,表示不容易離子化,如金、銀、銅等貴金屬。
電位和自由能的關係可由電化學的下列公式解釋:
                          △G0=-nE0F
公式中
△G0——腐蝕反應的自由能變化
E0——腐蝕電池的電動勢
N——氧化反應中的電子數,即金屬離子的價數
F——法拉第常數,F=96500C
由上式可看出,電池電動勢越大,自由能降低(-△G0)就越大,即腐蝕傾向越大。電動勢等於電池中兩個電極(陰極和陽極)點位置差。腐蝕電池的陽極反應是金屬變成離子,陰極反應一般是溶液中氧的離子化。隻有同時存在陰陽極反應,有效的取走金屬表麵的離子,腐蝕才能繼續進行,可見,陽極金屬電位越低,則E0越大,-△G0也越大。
下表列出了一些重要金屬的標準電極電位,由於金屬電位隨溶液中金屬離子濃度和溫度的變化,所采用25℃下每升溶液含金屬離子為單位活度的溶液為標準溶液,測出不同金屬的電位作為標準電位,以便於比較,電位的絕對值難於測量,而是以氫的標準電位為零電位,測其他金屬和氫電極的電位差,作為金屬的標準電位。
接地網與銅覆鋼連接電位差腐蝕解決方案




上表將金屬標準電位由小(負)到大(正)排列的,從表中可以看出,Fe的標準電位是-0.036(Fe3+)和-0.440(Fe 2+),在其之間的金屬主要有Cd9-0.403)、Co(-0.277)、Ni(-0.250)、Sn(-0.136)、Pb(-0.126),綜合材料成本及環保考慮,選用在銅質接地材料表麵覆錫,即熱浸錫連鑄銅覆鋼基本能解決對地下管網發生電位差腐蝕的問題。