服役时间对输电导线耐腐蚀性能的影响分析

2013-11-12陈韶瑜

河北电力技术 2013年5期

马崇，陈韶瑜，程明

( 国网天津市电力公司电力科学研究院，天津300384)

0 引言

目前，国内高压输配电网架空导线的储存及运行环境各有不同，包括工业污染区、沿海地区及沿海工业污染区等强腐蚀性环境。若导线在储存过程中受到腐蚀，将给工期带来影响[1]。而导线腐蚀是导线金属在环境的作用下发生化学或电化学反应，金属由单质变为氧合物的过程。在导线的金属表面形成一层致密连续的氧化膜，这层氧化膜能有效阻止基体材料进一步被腐蚀。导线腐蚀的基本类型有：点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、剥落腐蚀、疲劳腐蚀等[2]。架空电力线路上的各种导线，长期经受大气、风雨和盐雾的侵蚀，很容易受到腐蚀。不同的服役时间下，导线的耐腐蚀性也各不相同，因此研究输电导线在不同服役时间下的耐腐蚀性具有重要的意义。

1 电化学腐蚀试验

1.1 试验材料

试验材料是服役时间分别为0年、13年、15年和50年的钢芯铝合金导线。导线的基本参数如表1所示。

表1 导线的基本参数

线种原型号最小导电率(20℃、%IACS)抗拉强度/MPa长期许用使用温度/℃钢芯铝合金58TAl58159～169150

1.2 试样制备

在不同服役条件下的导线中分别切取4 mm的钢芯和铝合金试样毛坯。用200、600、800号金相砂纸逐级将小圆柱的圆柱面打磨至光亮，将一粗铜导线与小圆柱的一面用钎焊焊住，接着使用环氧树脂将试样与铜导线密封成一个圆柱型，小圆柱试样只露出一面。用硅胶将金属与环氧树脂接触的小圆周涂上狭窄的一圈，放在干燥皿里晾干、备用。

1.3 试验步骤

a. 保持检测实验室的温度在10～25 ℃，使设备远离或隔离有腐蚀性气体源，保证设备运行平稳。

b. 计算暴露出的金属圆面积。

c. 现配制3.5%NaCl的模拟海水溶液，倒入干净的电解池中，在电解池中插入辅助电极和盐桥，将参比电极浸入盐桥中，最后将工作电极，即制作好的带粗铜导线试样的圆柱端浸入电解池溶液中，使得圆柱端中暴露出的金属面对准盐桥出口，两者间距大约为2 mm。

d. 接好3个电极与工作站的连线，打开电化学工作站的电源，打开电脑中与工作站对应的CorrTest测试与分析软件。

e. 进行开路电位的稳定测试。从菜单位置中找到“稳态测试”→“开路电位”，弹出菜单后设置测量时间为20 min，固定速率为1 Hz。

f. 在开路电位测试后得到一个稳定的开路电位值，然后在菜单位置找到“稳态测试”→“动电位扫描”，扫描速率为0.2 mV/s。

2 试验结果分析

电化学腐蚀试验结果如图1所示。按曲线走向可以分为上下两部分，从曲线中间的水平阶段向上下分开，上面部分为阳极极化曲线部分，而下面部分则为阴极极化曲线部分。虽然每个曲线的具体形状都有些不同，但大致走势都一样，阳极极化曲线和阴极极化曲线都可以分为4个区域：水平区、缓升区、陡降区、水平区；对应标准的极化曲线中的活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区4个区域。所有试样均表现出了明显的稳定钝化特征，可以通过钝化区的转折点来判断材料耐腐蚀性的优劣。

(a) 铝芯

(b) 钢芯

对于铝芯，4种不同的服役年限下所有材料均表现出了典型的钝化特征。对于钝化特征明显的材料，比较其耐腐蚀性的主要依据是看其维钝电流和点蚀电位。4种材料的维钝电流基本相同，因此点蚀电位成了判断耐腐蚀性的主要依据。服役15年材料的点蚀电位最高，因此其耐腐蚀性最好。

对于钢芯材料，新材料及服役15年材料未表现出钝化特征，而服役13年和50年的材料表现出了钝化特征。因此服役13年和50年的材料耐蚀性要优于新材料及服役15年的材料。而服役50年的材料点蚀电位稍高于服役13年的材料。新材料及服役15年的材料都表现出了典型的活性溶解特征，由于新材料的腐蚀电流小于服役15年的材料，因此耐腐蚀性占优。总体上看钢芯材料的耐腐蚀性按下列顺序排序：服役50年的材料>服役13年的材料>新材料>服役15年的材料。

不管是钢芯还是铝芯，经过长时间服役后，不可避免的会在材料表面生成一层氧化膜，这层氧化膜能有效组织基体材料进一步被腐蚀。服役13年的铝芯和服役50年的钢芯氧化膜的保护效果最优，因此表现出了最佳的耐腐蚀性。