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摘要： 采用电化学实验，研究了11种（使用中发黑的、发白的、无明显变化的，发生断股的和七种库存的直径各不相同的导线）钢芯铝绞线的铝线部分在50 g/L NaCl溶液下的电化学腐蚀速率；结果表明：受到腐蚀之后的导线的电化学腐蚀速率较低，说明了腐蚀产物的存在降低了电化学腐蚀速率；导线的在腐蚀后表面会有腐蚀坑产生；XRD测试显示电化学腐蚀产物主要由Al13Cl15（OH）24组成。
关键词： 钢芯铝绞线；电化学腐蚀；微观分析；腐蚀机理；
0 引言
目前我国的输电线路系统主要还是钢芯铝绞线（ACSR），架空导线作为输电系统最重要的一部分，影响着人们生活的方方面面，研究它的腐蚀行为显得尤为重要。钢芯铝绞线几乎都是在大气环境下进行输送电力的，大气环境又可以分为工业大气环境、海洋大气环境、农村大气环境、城市大气环境等等，钢芯铝绞线在不同的大气环境下的腐蚀破坏差异程度较大，在工业大气环境和海洋大气环境下钢芯铝绞线发生腐蚀的情况更为严重[1-3]。
在工业大气环境下，空气中常常弥漫着硝酸盐、氮硫化物、氯离子等等一系列具有强烈腐蚀性的物质；在海洋大气环境下，空气中主要是含有许多氯离子的微小颗粒，据研究表明，氯离子对钢芯铝绞线的腐蚀作用尤为明显，因此海洋大气环境下的腐蚀明显大于其他环境下的腐蚀[4]。盐雾环境主要是由于海水通过风力和气化蒸发等因素向四周扩散从而使得海水中的成分多存在于空气当中形成，而海水中的成分主要是氯化钠等海盐离子，因此在海岸的周围就会形成一片盐雾区。而漂浮在空气中的盐雾会与金属材料产生电化学等等一系列反应，从而形成电化学腐蚀，长年累月，导线就会被盐雾腐蚀，从而导致导线发生断股等现象，从而引发多项事故，导线在发生断股后会变得越来越脆弱，最终无法正常地传输电力。另一方面，被盐雾所侵蚀的导线的强度会越来越低，导致经过较强的风力作用就会使得导线断裂，进而引发一系列的电力安全隐患，对我们国家的经济建设和人民的正常生活产生很大的影响。
因此本文对不同条件下的钢芯铝绞线中的铝线的电化学腐蚀行为进行研究，并探明其机理。
1 试样制备
本文进行的盐雾腐蚀和电化学的试验材料为11种不同规格的和在不同环境下的钢芯铝绞线（ACSR），材料的主要规格如表1所示。，本次进行的盐雾腐蚀实验采取的是中性盐雾腐蚀实验。
表1 实验所用钢芯铝绞线规格和直径
注：其中“A”表示使用过程中的钢芯铝绞线，“B”表示使用过程中发生了断裂的钢芯铝绞线，“CD”表示库存的未使用的钢芯铝绞线。
2 试验方法
2.1盐雾腐蚀试验
钢芯铝绞线首先需要将其不参与反应的部分密封处理，由于铝难以焊接，所以通过一条导线缠绕在钢芯铝绞线上将其与电化学工作站相连，然后用树脂胶将其密封。首先用粒度为400、600、800、1000、1500的水磨砂纸将其依次打磨，每次换砂纸打磨的时候保证打磨方向与钢芯铝绞线的表面的划痕方向垂直，直至上一次的划痕不见，依次类推，直到打磨至粒度为1500的砂纸，最后使用粒度为2.5 um的金刚石研磨膏进行抛光。电化学工作站的型号为GAMRY INTERFACE1000，采用的是三电极体系，辅助电极是Pt电极，参比电极是饱和甘汞电极（SCE），工作电极为铝导线，横截面暴露于溶液之中，其他部分用一种树脂胶将其密封，每种绞线的暴露面积用其直径计算得出。
2.2微观分析
采用D8 advance型X射线衍射仪对钢芯铝绞线进行物相分析，XRD测试具体参数为：管电压：40 kv，30 mA；扫描角度的范围：2°-80°；扫描速率为每分钟5°。
3 结果与分析
3.1电化学腐蚀
通过实验，对11种钢芯铝绞线进行动电位极化，通过实验测得的11种钢芯铝绞线的数据如表2和图1所示：
表3-2 钢芯铝绞线电化学数据
11种不同规格的钢芯铝绞线的动电位极化曲线如下图1所示：
（a）发黑（b）发白
（c）绿色标记 （d）断股
（e）黄色标记1 （f）黑色标记2
（g）黄色标记3 （h）无标记4
（i）黄色标记5 （j）黑色标记6
（k）黑色标记7
图1动电位极化曲线图（a）发黑（b）发白（c）绿色标记
（d）断股（e）黄色标记1（f）黑色标记2（g）黄色标记3
（h）无标记4（i）黄色标记5（j）黑色标记6（k）黑色标记7
通过电化学试验可以明显看出发生断股的导线B的开路电位发生正向移动而变得较高，使用过程的导线发黑、发白和A绿色标记的导线较大多数的库存的钢芯铝绞线的开路电位高，说明它们的电位发生了正向移动，并且开路电位比较接近；库存的每种钢芯铝绞线的开路电位各不相同，变化范围较大，可能是在库存当中时间太久与空气中的介质等发生了反应。总之，对于多数导线相对来说，发生过腐蚀的钢芯铝绞线的开路电位比未发生腐蚀的钢芯铝绞线的开路电位高。通过电化学腐蚀速率计算说明库存的钢芯铝绞线比在使用的和使用过程中断裂的导线的电化学腐蚀速率大，使用过程中的三种导线电化学腐蚀速率接近，使用中发生断裂的导线的腐蚀速率略有增大，但是相对库存的大部分导线的电化学腐蚀速率小，这在一定程度上说明了钢芯铝绞线表面产生的腐蚀产物在一定程度上起到了缓蚀的作用，发生断股的导线的电化学腐蚀速率大于使用过程中发黑、发白的，是由于腐蚀层遭到了一定的破坏，略增大了电化学腐蚀速度。
3.1腐蚀产物物相分析
如下图2所示为取自腐蚀的绞线表面的腐蚀产物的XRD衍射图谱，查找标准的PDF卡片可以知道，在衍射的角度2θ为28.0471°、32.0222°、35.2301°衍射峰对应的腐蚀产物是Al13Cl15（OH）24，说明了腐蚀产物是Al的复盐，出现该种物质的原因是本实验的腐蚀是单纯的铝绞线部分，没有将钢芯部分一同进行腐蚀；在衍射角为38.438°、44.7144°、65.0604°、78.2059°，存在较强衍射峰且物质是铝，这是因为进行XRD照射时是将铝绞线进行的照射，所以会出现铝的衍射峰，在较弱的衍射峰下同时可以看到有AlOCl、AlCl3和Al（OH）3，只是其衍射峰较小不易观察，说明这些也都是在中性环境下的腐蚀产物。
图2铝线腐蚀产物XRD图谱
3.3腐蚀机理分析
钢芯铝绞线在中性的氯化钠环境中，存在着较为复杂的腐蚀方式。
单一的铝绞线部分在暴露于中性氯化钠盐雾环境之中时表面是一层致密的氧化铝薄膜，当其在盐雾环境中腐蚀一段时间之后，表面的氧化铝薄膜会被环境中的氯离子逐渐破坏，产生点蚀，反应机理如下：
（1）氧化铝溶解变成碱性物质：
Al（OH）3 + Cl- + H+ →Al（OH）2 Cl + H2O （1）
（2）该碱性的氯化物连续反应：
Al（OH）2Cl + Cl- + H+ →Al（OH）Cl2 + H2O （2）
（3）生成物继续反应：
Al（OH）Cl2 + Cl- + H+ →AlCl3 + H2O （3）
随着不断地进行化学反应，使得氧化薄膜的破坏程度越来越大，底层的铝渐渐地暴露，铝基体会发生下列反应：
4Al + 6H2O + 3O2 →6Al（OH）3 （4）
之后继续进行1，2，3的反应，导致导线不断被腐蚀掉。
4 结论
（1）表面存在腐蚀产物的钢芯铝绞线的电化学腐蚀速率较小于库存的导线，说明表面的腐蚀产物减缓了钢芯铝绞线的电化学腐蚀速率。
（2）对钢芯铝绞线做XRD分析，表明腐蚀产物主要由复盐Al13Cl15（OH）24组成。
参考文献：
[1]宗庆彬，黎学明，杨萍，等．钢芯铝绞线的铝线在NaCl溶液中的腐蚀行为[J]．材料保护，2012，45（3）：33-36．
[2]da Silva F S，Bedoya J，Dosta S，et al. Corrosion characteristics of cold gas spray coatings of reinforced aluminum deposited onto carbon steel[J]. Corrosion Science，2017，（114）：57-71.
[3]张汉茹，郝远．AZ91D 镁合金在含 Cl-溶液中腐蚀机理的研究[J]．铸造设备研究，2007，（3）：19-23．
[4]唐廷甫．盐雾实验方法论述[J]．环境条件与实验，1983，（1）：006．
[5]陈国宏，王家庆，张建堃，等．高压架空钢绞 Al 导线的腐蚀与防护[J]．中国材料科技与设备，2009，6（6）：21-24．
[6]李一，林德源，陈云翔，等．2A12-T4铝合金在盐雾环境下的腐蚀行为与腐蚀机理研究[J]．腐蚀科学与防护技术，2016，28（5）：455-460．
论文作者:王智春1,王建国1,王温玲2,韩哲文1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/6
标签：电化学论文; 导线论文; 绞线论文; 标记论文; 速率论文; 电位论文; 产物论文; 《电力设备》2017年第23期论文;