摘要：输电线路钢管塔、钢管杆等加工时涉及大量的焊接部件，角钢塔的塔腿、挂点等也涉及焊接构件。杆塔构件焊接后表面极易产生氧化物，在镀锌前必须把此类氧化物彻底清除。本文重点介绍了输电线路杆塔酸洗工艺，主要从酸洗除锈机理、酸洗过程及质量控制、管塔酸洗操作要点等方面做了阐述。
关键词：输电线路；铁-锌合金；表面处理；酸洗工艺；酸洗除锈
引言
输电线路杆塔焊接后，在高温加工时及常温放置下，钢构件表面都会由于氧化而产生氧化皮或呈现锈蚀。杆塔表面这些氧化物质必须清除干净，否则会影响镀锌时正常铁-锌合金层的形成，降低镀层的粘附性，使镀层易剥落或脱层，缩短镀层的使用寿命。所以钢管在镀锌前必须进行表面处理，目前常用的工艺为酸洗。酸洗工艺中最重要的一个环节就是酸洗除锈。
1 酸洗工艺
1.1 酸洗原理
通过溶解作用，将刚才表面各种含铁的氧化物与强酸发生化学反应，生成溶于水的盐，把氧化物从刚才表面出去；酸洗时，酸溶液渗透接触钢铁基体后，与铁发生作用，产生大量的氢气，氢气产生的膨胀压力将氧化物从杆塔表面上剥离下来，这就是剥离原理；单质铁与酸反应时，首先产生氢原子，一部分氢原子将高价铁的氧化物和高价铁盐还原成低价铁氧化物和低价铁盐，溶于酸溶液中。
1.2 酸洗工艺
常用的酸洗工艺流程：脱脂→水洗→酸洗→水洗→中和→水洗→进入镀锌程序。目前，输电线路杆塔制造厂家主要采用单算或混酸两种酸洗方式。两种或两种以上的酸混合使用酸洗为混酸。单算主要以盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸等为主；混酸为单酸的组合方式。现笔者就以单酸盐酸酸洗为例，阐述杆塔构件酸洗的具体原理。
1.3 盐酸酸洗除锈机理
钢铁表面的氧化物来源于两方面：一是制造加工过程中产生的氧化铁皮；二是受大气腐蚀形成的腐蚀产物。铁锈主要成分是氧化亚铁、三氧化二铁、含水三氧化二铁和四氧化三铁。这些氧化物均能与酸反应，溶解在酸溶液中。另外酸与金属作用产生氢气，使氧化皮机械地剥落。主要机理有三类。
（1）化学溶解反应式如下
Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O （1）
Fe3O4+8HCl→2FeCl3+FeCl2+4H2O （2）
FeO+2HCl→FeCl2+H2O （3）
生成的氯化亚铁和三氯化铁能溶于溶液中。与此同时，酸溶液还会与钢铁基体发生化学反应： Fe+2HCl→FeCl2+H2↑（4）
难溶的氢气对难溶的aFe2O3起着机械剥离、脱落作用，有利于除锈，但原子氢渗入金属基体会发生氢脆现象。为防止酸性洗液对属的腐蚀和氢脆的产生，加入缓蚀剂，并且要控制酸液浓度和酸洗温度。
（2）电化学还原性溶解
这个反应主要是在钢铁表面上锈层不连续处产生的局部电池的阴极反应。该反应进行得很快，是酸洗除锈的主要方式。模式为：三氧化二铁（阴）酸|液铁（阳）。三氧化二铁中的三价还原成二价铁直接进入溶液。
阴极反应：
Fe2O3（锈层）+6H++2e→2Fe2++3H2O（5）
阳极反应：Fe（基体）-2e→Fe2+ （6）
锈层溶解到酸液中的主要是亚铁离子，而不是三价铁离子。铁的氧化粉末或被剥离下来的金属锈层在酸中的溶解速度，比附在基体金属上的锈层溶解速度慢。
（3）机械剥离
当酸液渗入锈层最内层，与最内层的氧化物或夹在氧化物之间的金属发生反应，使锈层失去附着物，从而脱落下来。
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FeO+2HCl→FeCl2+H2O （7）
Fe+2HCl→FeCl2+H2↑ （8）
Fe2O3+H2→2FeO+H2O （9）
从总体来看，电化学还原反应主要起着剥离作用。酸洗除锈主要是酸通过化学反应把锈层从金属基体上剥离下来，而不是将锈层全部溶解。所以，清洗结束后应将清洗过的设备进行彻底的清理，把脱落下来的铁锈彻底清除。
2 酸洗过程及质量控制
在通常情况下，提高酸液的浓度或温度均能提高酸洗速度。当酸浓度从2%增大到25%时，盐酸酸洗的速度增加近10倍，硫酸增加1倍；当酸温度由18℃升高至60℃时，硫酸酸洗速度提高10-14倍，盐酸提高9-10倍。
酸洗过程中操控不当，如时间过长，温度偏高都会造成对基体的过渡酸洗，不仅增加了铁损甚至造成过腐蚀、氢脆等问题，为减少金属基体的溶解。防止工件发生过腐蚀和氢脆就需要在酸溶液中添加缓蚀剂。缓蚀剂可被金属表面吸附，改变金属和溶液界面的双电层，使氢离子放电受到阻碍，从而能隔离酸液对金属的腐蚀，防止氢脆的产生。
影响杆塔酸洗质量的因素不仅仅与酸洗工艺的设计与控制有关，还与酸洗前钢构件表面的脱脂、坡磷质量及酸洗后杆塔钢构件表面的防护有关。酸洗脱脂处理目的在清除组焊钢构件表面的油污、杂质。
评定酸洗质量的参数主要有：钢材表面除锈质量、酸洗速度及材料消耗。要根据钢材的种类及后续加工要求选择酸的品种，进而设计相应的操作工艺。影响酸洗质量的工艺参数主要是酸的品种、酸的浓度、酸液温度及酸洗溶液中亚铁离子的浓度。采用硫酸为主的酸液除锈，钢材表面易存在铁盐残渣，使酸洗过的杆塔表面很快生锈，还会变成不易溶于水的正铁盐，导致镀锌时局部漏镀的风险缺陷。采用盐酸酸洗，钢构件表面清洁光亮，很少存在残渣，因此采用硫酸除锈后，工艺需要的话还要采用盐酸浸洗一下，保证杆塔构件表面的酸洗质量。
3 输电杆塔酸洗操作要点
（1）由于钢管构件在15℃以下酸洗时效率甚低，考虑到能耗和酸雾的影响，在18~21℃间操作则较适宜。为确保管塔在寒冷天气里的酸洗效率，可以在酸洗池中安装浸入式电热管或把蒸汽直接喷入酸洗液中对溶液进行加热。
（2）实践证明，钢管类构件长时间浸渍在浓度较高的酸洗液中，容易导致氢脆的发生，增加表面的粗糙度，故在酸液中添加缓蚀剂是必要的。由于缓蚀剂是直接添加到酸洗液中，它会随酸洗流失，也会被从酸洗池中取出的钢管构件带走，所以在调配溶液时应及时补充缓蚀剂。
（3）目前采用机械排风法阻抑钢管构件在酸洗时所带来的酸雾，效果并不理想。即使挥发性很低的硫酸，在高温酸洗过程中也随着水蒸气、氢气的逸出形成酸雾，盐酸更为严重。建议添加抑雾剂，如脂肪酸、环氧乙烷、甲基磺酸盐等阴离子或非离子表面活性剂。
（4）酸洗后的钢管须在长流水中充分洗涤，尽量减少钢管表面的铁盐，否则会影响钢管构件的热浸镀锌。酸洗工艺存在明显的环境污染问题，但在当前仍然占有无法取代的地位，新的改进工艺与回收处理方法虽然取得了积极进展，但仍需要继续努力，持续改进，研究出更具经济、环保的新型酸洗工艺。
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论文作者:樊志勇,王自成,孙大海,纪弢,赵雪健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
标签：酸洗论文; 杆塔论文; 氧化物论文; 表面论文; 溶液论文; 基体论文; 工艺论文; 《电力设备》2017年第36期论文;