專利名稱：地鐵用的管片連接件的耐腐蝕和耐堿處理相結合的方法
技術領域：
本發明涉及一種地鐵用的管片連接件的耐腐蝕和耐堿的方法，更確切地說涉及一種地鐵用管片連接件的多元金屬共滲和耐堿處理相結合的方法。
背景技術：
城市軌道交通是解決我國城市、特別是大型和特大型城市交通的重要手段之一。 近年來，軌道交通工程中采用深埋盾構法的隧道工程也日益增多，對地鐵管片連接件的防腐蝕技術也提出了更高要求。地鐵隧道管片連接件必須滿足地鐵隧道100年設計使用壽命的耐久性要求。如果地鐵隧道的管片連接件發生銹蝕，由于隧道管片連接件不可更換，將導致構件承載力下降， 直接危及地鐵的長期運營安全。可見，管片連接件的防腐蝕技術是確保地鐵隧道結構耐久使用的重要因素之一；由此可見，地鐵管片連接件的服役環境不同于普通鐵路或高速鐵路， 它不僅對機械性能和通用的防腐蝕性能有比較高的要求，還需要解決兩個特殊的問題一、 地鐵建設施工時，由于施工需要和地下水滲透的原因，施工現場會存在大量的水，水與砼結構件接觸后會形成堿性的水溶液，堿性溶液的存在會加速以鋅鋁元素為抗腐蝕介質防腐層的失效。二是地鐵建成運營以后，地鐵列車通過隧道時，在隧道中會產生電迷流，電迷流會對列車的形成安全造成較大的安全隱患，因而管片螺栓必須導電，且通過安全結構及時傳導出去。目前，常用的防腐技術有如下幾種a)電鍍鋅；b)熱浸鋅；C)熱噴鋅或鋁、或鋅鋁合金；d)達克羅技術；e) QPQ鹽浴復合熱處理技術；f)粉末滲鋅及在其基礎上發展的多元合金共滲+封閉層技術。電鍍鋅和熱浸鋅由于環境污染的問題，已經屬控制發展的行業。熱噴鋅(或鋁、或鋅鋁合金)存在著難以克服的孔隙率問題，盡管目前可控制在左右，但是無法從根本上解決，而一旦封閉存在缺陷，水、氧氣和鹽類很容易通過孔隙進入機體發生腐蝕。達克羅技術耐蝕性強，抗中性鹽霧好，但涂層薄、耐磨性欠佳，且受施工環境影響較大。QPQ復合熱處理技術能耗高，有不利環保因素，而耐蝕壽命也僅2-3年。綜上所述，針對地鐵隧道中管片連接件的特殊要求，必須有效解決上述抗堿和電速流問題，提供一種共滲處理和耐堿處理相結合的方法，使制備的管片連接件滿足地鐵隧道的設計要求，從而構筑成本發明的構思。

發明內容
本發明的目的在于提供一種地鐵用管片連接件的多元金屬共滲處理和耐堿處理相結合的方法。本發明的任務是這樣實現的首先對管片連接件進行多元金屬共滲處理，使其具備防腐蝕性能和導電性能，然后在多元金屬共滲的基礎上進行耐堿處理，使其具備耐堿性。本發明中，在管片連接件上進行的多元金屬共滲處理，通過鋅、鋁以及稀土等元素在380 430°C的溫度條件下，與助滲劑的化學反應，形成活性多種金屬原子，與鋼鐵基體間發生相互滲透，形成的多元金屬共滲層是以鋅為主的鋅鐵稀土合金層，其厚度約30 50 μ m。微觀上，所述的多元金屬共滲層是由過渡層、中間層和最外層三層組成。其中，過渡層為鐵基材料中的鐵素體和珠光體，加上少量鐵與滲鍍金屬間化合物 δ相，過渡層中鍍的質量百分含量為20-25%，余量為鐵、稀土元素La、鋁及不可避免雜質；中間層以δ相為主和少量的鐵基材料中的鐵素體和珠光體組成，中間層的鋅質量百分含量為75-80%，余量為鐵、稀土元素La、鋁及不可避免雜質；最外層以!^e3Siltl和狗&1雙相，S卩Γ相和α相為主，最外層中鋅的質量百分含量為彡60-70%，余量為鐵、稀土元素La、鋁及不可避免雜質；上述①δ相中鋅質量百分含量為85%，鐵為10%，余量為鋁、稀土元素La ；②不可避免的雜質的質量百分含量< 1%。本發明中，一般用金屬鹵化物或鹵素的鹽類作為助滲劑。通常使用NH4C1。本發明中，多元金屬共滲層中的鐵與多元金屬形成的金屬間化合物能夠對鐵基體起到陰極保護的作用。以多元金屬共滲時形成的δ相為例，δ相中鋅含量為85%左右、 鐵10%左右、余量為鋁和稀土金屬。從電極電位看，δ相的標準電極電位是-0.65V，純鋅是-0. 762V，Fe是-0. 439V。δ相、鋅、鐵三者之間電極電位的關系是Fe < δ <純鋅，因此S相可以對鐵基材料起到陰極保護，有利于提高鐵基材料的防腐蝕性能。本發明中，經處理的管片連接件，按《GB/T 10125-1997，人造氣氛腐蝕試驗，鹽霧試驗》中NSS (中性鹽霧試驗)方法，在中性鹽霧試驗箱中進行連續噴霧，超過500小時未見紅銹。本發明中，由于加入鋅鋁等金屬材料，使得共滲層的導電性能比純鐵有所提高。鐵的電阻率為97ρ/ηΩ ·πι，而鋅的電阻率為52ρ/ηΩ ·πι，鋁為27ρ/ηΩ · m。經多元金屬共滲后的管片連接件，其配合電阻為:3πιΩ，小于設計需要的上限值3. 5πι-Ω。保證了連接件設計需要的導電性能。本發明所涉及的耐堿處理，是根據管片連接件在裝配后可能接觸到堿性水的部位，進行特定部位不同耐堿處理。管片連接件一是對連接件中螺栓的光桿部位以及中間螺牙(圖3所示A區域螺牙)進行耐堿處理。二是對螺栓兩端五牙部位和兩端端面，以及螺母和墊片裝配后的外露部位進行耐堿處理。地鐵管片連接件管片拼裝后，連接螺栓的上除兩頭與螺母接觸部位，其余均可能接觸到堿性水。不同的是，螺栓的光桿部位以及中間螺牙部位處于管片砼構件的內部，接觸堿性水的程度較輕，而螺栓的端部五牙處以及兩個端面則完全暴露在外，此處不管是在地鐵隧道建設過程中，還是在地鐵運營過程中，均可能接觸到含有氫氧根離子的堿性水。而螺母墊片在裝配以后，其四周面以及正面也將與堿性水有接觸。因而對螺桿的光桿部位可以采用適當的耐堿處理，而對螺桿的端部以及螺母墊片均要采用耐堿能力更強的處理方式。本發明中，對螺栓的光桿部位以及中間螺牙，采用SDF-202耐堿涂層涂裝處理。 SDF-202耐堿涂層是以改性環氧樹脂為基礎的，加上鋅片和鋁片形成的一種金屬涂料。其中，鋅、鋁的粒徑為25-40 μ m，片厚< 0. 25 μ m，鋅鋁片的質量百分含量為5-10 %，其防腐機理是以封閉方式隔絕腐蝕介質對鐵基電化學腐蝕。采用噴涂方式加涂的，烘烤溫度在 160 180°C，烘烤時間為15-20分鐘，涂層厚度為10—12 μ m。
本發明中，對螺栓兩端部以及螺母墊片部件，采用市售的JC-806黑色耐堿涂層涂裝處理。JC-806黑色耐堿涂層是以氟樹脂改性環氧樹脂為基礎的，加上耐蝕耐堿填料的一種涂料。經氟樹脂改性的環氧樹脂在耐蝕、耐溶劑等性能上均高于普通樹脂。采用噴涂和機械刷涂，烘烤溫度180 200°C，烘烤時間為15-20分鐘，涂層厚度為10-12 μ m。本發明中，由于多元金屬共滲過程是基體表面的鐵與待滲的多元金屬件的相互滲透，其共滲層的表層仍有少量的鐵元素存在。因而無論是SDF-202耐堿涂層還是JC-806黑色耐堿涂層，都將表層的鐵覆蓋，隔絕了鐵與腐蝕介質間的接觸，延緩了生銹的時間。它們在保證了管片連接件的耐堿性能的同時，也提高了管片連接件的防腐蝕性能。本發明中，由于耐堿涂層僅僅對管片螺栓與螺母墊片配合后外露的部位進行處理，并不影響兩者配合以后的配合電阻，保證了地鐵設計所需的關于導電性能的要求。本發明最終處理后的管片連接螺栓關于防腐蝕、耐堿以及導電等最終性能見表 1 表 權利要求
1.一種地鐵用的管片連接件的耐腐蝕和耐堿處理相結合的方法，其特征在于先對管片連接件進行多元金屬共滲處理，使其具備防腐蝕性能和導電性能；然后根據管片連接件在裝配后可能接觸堿性水的部位進行特定部位不同的耐堿處理，所述的特定部位一是對管片連接件中螺栓的光桿部位以及中間螺牙；二是對螺栓兩端五牙部位和兩頭端面；三是螺母和墊片裝配后的外露部位。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于所述的多元金屬共滲處理是通過鋅、鋁以及稀土元素在380-430°C的溫度條件下，與助滲劑的化學反應，形成活性多種金屬原子，與鋼鐵基體間發生相互滲透，形成以鋅為主的鋅鐵稀土合金的多元金屬共滲層；所述的助滲劑為 NH4Cl。
3.按權利要求2所述的方法，其特征在于形成的多元合金共滲層依次由過渡層、中間層和最外層組成；共滲層厚度為30-50 μ m ；其中，過渡層為鐵基材料中的鐵素體和珠光體，加上少量鐵與滲鍍金屬間化合物δ 相，過渡層中鍍的質量百分含量為20-25%，余量為鐵、稀土元素La、鋁及不可避免雜質；中間層以S相為主和少量的鐵基材料中的鐵素體和珠光體組成，中間層的鋅質量百分含量為75-80%，余量為鐵、稀土元素La、鋁及不可避免雜質；最外層以I^e3Siltl和狗&1雙相，S卩Γ相和α相為主，最外層中鋅的質量百分含量為彡60-70%，余量為鐵、稀土元素La、鋁及不可避免雜質；上述①S相中鋅質量百分含量為85%，鐵為10%，余量為鋁、稀土元素La;②不可避免的雜質的質量百分含量< 1%。
4.按權利要求3所述的方法，其特征在于不可避免雜質的質量百分含量<1%。
5.按權利要求1所述的方法，其特征在于螺栓的光桿部位以及中間螺牙，采用SDF-202 耐堿涂層涂裝處理。
6.按權利要求5所述的方法，其特征在于所述的SDF-202耐堿涂層是以改性環氧樹脂為基礎的，加上鋅片和鋁片形成的一種金屬涂料；其中，鋅、鋁的片徑為25-40μπι，片厚 <0. 25 μ m，鋅、鋁片的質量百分含量各為5-10%，它是以封閉方式隔絕腐蝕介質對鐵基電化學腐蝕。
7.按權利要求6所述的方法，其特征在于采用噴涂方式加涂的，加涂后烘烤溫度為 160-180°C，烘烤時間為15-20分鐘，涂層厚度為10-12 μ m。
8.按權利要求1所述的方法，其特征在于對螺栓的兩端五牙部位、兩頭端面及螺母和墊片采用市售JC-806黑色耐堿涂層涂裝處理。
9.按權利要求8所述的方法，其特征在于市售JC-806耐堿涂層采用噴涂或機械刷涂方法，烘烤溫度180-200°C，烘烤時間15-20分鐘，涂層厚度為10-12 μ m。
10.按權利要求1或8所述的方法，其特征在于①螺母耐堿涂層為螺母的六角面及一個正面，內螺紋及另一面不作耐堿處理；②墊片內圓以外5mm的環狀區域不作耐堿處理。
全文摘要
本發明涉及一種地鐵用的管片連接件的耐腐蝕和耐堿處理相結合的方法，其特征在于先對管片連接件進行多元金屬共滲處理，使其具備防腐蝕性能和導電性能；然后根據管片連接件在裝配后可能接觸堿性水的部位進行特定部位不同的耐堿處理，所述的特定部位一是對管片連接件中螺栓的光桿部位以及中間螺牙；二是對螺栓兩端五牙部位和兩頭端面；三是螺母和墊片裝配后的外露部位。由本發明提供的多元金屬共滲和耐堿處理相結合的方法滿足了地鐵管片連接件的防腐、抗堿以及導電等技術要求，同時大大減少了地鐵投入運營中零部件維護和更換的頻次，提高了地鐵營運的經濟性。
文檔編號C23C10/00GK102409286SQ20111033503
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者劉朝明, 楊勇, 王秀志, 鄭國強, 黃華清 申請人:上海達克羅涂復工業有限公司