張建堃，陳國(guó)宏，王家慶，張 濤，王 煦，湯文明

(1. 合肥工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009；2. 安徽省電力科學(xué)研究院 材料所，合肥 230601)

鋼芯鋁絞導(dǎo)線大氣腐蝕產(chǎn)物層的結(jié)構(gòu)及腐蝕機(jī)理

張建堃1，陳國(guó)宏2，王家慶2，張 濤2，王 煦1，湯文明1

(1. 合肥工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009；2. 安徽省電力科學(xué)研究院 材料所，合肥 230601)

在模擬大氣腐蝕環(huán)境中，采用干/濕NaHSO3+NaCl水溶液鹽霧試驗(yàn)研究鋼芯鋁絞(ACSR)導(dǎo)線腐蝕產(chǎn)物的相組成及腐蝕層結(jié)構(gòu)，討論其腐蝕機(jī)理。結(jié)果表明：ACSR導(dǎo)線中單股鋁線或鍍鋅鋼芯線的腐蝕主要表現(xiàn)為點(diǎn)蝕，腐蝕產(chǎn)物組成復(fù)雜，主要為鋅和鋁的氫氧化物、硫酸鹽與氯化物的復(fù)式鹽；在腐蝕初期，內(nèi)外層鋁股線及鋼芯線表面鍍鋅層開始形成點(diǎn)蝕坑，逐步形成連續(xù)的腐蝕層；由于鍍鋅層和內(nèi)層鋁股線之間構(gòu)成原電池，因?yàn)闋奚?yáng)極效應(yīng)，鍍鋅層腐蝕速率最大；而內(nèi)層鋁股線受到保護(hù)，腐蝕速率最小，外層鋁股線腐蝕速率居中。

鋼芯鋁絞導(dǎo)線；大氣腐蝕；顯微結(jié)構(gòu)；腐蝕機(jī)理

架空導(dǎo)線是高壓輸電線路的主體，目前，國(guó)內(nèi)外高壓輸配電網(wǎng)架空導(dǎo)線仍主要是鋼芯鋁絞導(dǎo)線(Aluminum conductor steel reinforced，ACSR)。ACSR導(dǎo)線在工業(yè)污染區(qū)、沿海地區(qū)及沿海工業(yè)污染區(qū)等強(qiáng)腐蝕性環(huán)境下的腐蝕破壞給輸電線路的安全運(yùn)行帶來相當(dāng)大的威脅，因此，受到世界各國(guó)輸電行業(yè)的高度重視[1]。美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)和加拿大電力技術(shù)研究機(jī)構(gòu)如 Power Tech Lab等把輸電網(wǎng)的腐蝕評(píng)估、控制與防護(hù)等列為輸電網(wǎng)管理的重要研究課題，我國(guó)也在輸電線路的腐蝕評(píng)估和防護(hù)等方面展開相當(dāng)多的研究。

ACSR導(dǎo)線是由內(nèi)、外層鋁線及鍍鋅鋼芯線絞合在一起的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。經(jīng)大氣腐蝕后，ACSR導(dǎo)線的力學(xué)性能和電氣性能均降低，且可能導(dǎo)致線路斷股、斷線、甚至停電事故的發(fā)生。國(guó)內(nèi)外已就鋁及其合金及鋅等在不同大氣腐蝕介質(zhì)下的腐蝕行為開展了較多的基礎(chǔ)研究[2?5]，但由于ACSR導(dǎo)線組成與結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其腐蝕行為及腐蝕產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。LYON等[6]首次在實(shí)驗(yàn)室條件下通過在周期性干/濕中性鹽霧環(huán)境下的加速腐蝕試驗(yàn)研究了鋁、鋼及鍍鋅鋼的腐蝕行為，基于導(dǎo)線的質(zhì)量損失來評(píng)價(jià)導(dǎo)線的大氣腐蝕程度，開始了實(shí)驗(yàn)室研究輸電導(dǎo)線腐蝕行為的先河。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程加快，大氣污染日益嚴(yán)重，金屬材料的大氣腐蝕研究已受到人們的高度正視。WANG等[7]和王振堯等[8]采用NaHSO3+NaCl的去離子水溶液開展鋅及 LY12鋁合金的大氣腐蝕過程研究，主要研究結(jié)果與野外暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。但迄今為止，ACSR導(dǎo)線大氣腐蝕的實(shí)驗(yàn)研究成果尚未見報(bào)道。本文作者通過大氣腐蝕介質(zhì)下的周期性干/濕鹽霧試驗(yàn)，首次研究ACSR導(dǎo)線大氣腐蝕產(chǎn)物類型和腐蝕層結(jié)構(gòu)等，并就ACSR導(dǎo)線的大氣腐蝕機(jī)理進(jìn)行了探討。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用未服役的 LGJ150/25鋼芯鋁絞線(ACSR)，該絞線含直徑為2.7 mm的鋁線26股，分內(nèi)外兩層：內(nèi)層10股，外層16股；鍍鋅鋼芯線7股，單股直徑2.1 mm[9]。截取約30 cm長(zhǎng)的ACSR導(dǎo)線若干根，進(jìn)行周期性干/濕模擬大氣腐蝕的鹽霧腐蝕試驗(yàn)。在試驗(yàn)前，導(dǎo)線先進(jìn)行清洗、干燥。鹽霧試驗(yàn)按GB 10125—1997的要求在YWX/F?250E型鹽霧試驗(yàn)箱進(jìn)行，噴霧介質(zhì)為 0.1 mol/L NaHSO3+0.01 mol/L NaCl的去離子水溶液，試驗(yàn)箱溫度為(35±2) ℃，沉降量1/80~2/80 mL/(cm2·h)[10]。每連續(xù)噴霧8 h后停機(jī)，將試樣從鹽霧箱中取出，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然干燥16 h，完成一個(gè)干/濕腐蝕試驗(yàn)周期(24 h)。腐蝕試驗(yàn)時(shí)間最高達(dá)1 440 h (60個(gè)周期)，達(dá)到設(shè)定的腐蝕時(shí)間后，將試樣取出、晾干，再用流動(dòng)的自來水清洗 6~8 h，然后取出，自然干燥。

將腐蝕后的ACSR導(dǎo)線拆開，從內(nèi)外層鋁股線及鍍鋅鋼芯線上剝下腐蝕產(chǎn)物，采用D/MAX2500VL/PC型X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物的物相分析。采用 Olympus光學(xué)顯微鏡(OM)及 JSM?6490LV型掃描電子顯微鏡(SEM)及INCA能譜儀(EDS)進(jìn)行內(nèi)外層鋁股線及鍍鋅鋼芯線腐蝕層的表面及截面形貌觀察，并進(jìn)行元素成分分析。為觀察腐蝕后單根鋁線及鍍鋅鋼線的截面形貌，先在這些導(dǎo)線上取樣后，沿軸向或徑向用環(huán)氧樹脂鑲嵌，再進(jìn)行研磨、拋光，最后鋁股線使用10%NaOH溶液，鍍鋅鋼絲用4%硝酸酒精腐蝕。在進(jìn)行SEM分析前，鑲嵌試樣表面需進(jìn)行噴金處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 ASCR導(dǎo)線腐蝕狀態(tài)和腐蝕物相成分分析

ACSR導(dǎo)線在模擬大氣腐蝕條件下，經(jīng)過 96~1 440 h的腐蝕后，將導(dǎo)線拆開，肉眼觀察各層線股的表面狀態(tài)：經(jīng)過96 h腐蝕后，外層鋁股線表面發(fā)白，無金屬光澤；經(jīng)過240 h腐蝕后，外層鋁股線已經(jīng)被腐蝕層完全覆蓋，而內(nèi)層鋁股線仍有金屬光澤，未見明顯的腐蝕；隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，ACSR導(dǎo)線不僅外層包裹著白色的腐蝕產(chǎn)物層，且線股之間也基本上被腐蝕產(chǎn)物填滿；經(jīng)過720 h腐蝕后，內(nèi)層鋁股線表面也形成了連續(xù)的腐蝕層；經(jīng)過1 440 h腐蝕后，內(nèi)、外層鋁股線表面腐蝕層增厚，腐蝕產(chǎn)物甚至堵塞了線股的間隙，形成一個(gè)致密的殼層，鍍鋅鋼芯線表面有黃褐色的鐵銹斑，鍍鋅層可能因腐蝕已消耗殆盡，失去了對(duì)鋼芯線的保護(hù)，使鋼芯線遭受明顯的腐蝕。

圖1所示為ACSR腐蝕1 440 h后腐蝕產(chǎn)物的XRD譜。由圖1可知，ACSR導(dǎo)線腐蝕產(chǎn)物的成分復(fù)雜。鋁股線表面的腐蝕產(chǎn)物主要有 Al3(SO4)2(OH)5·9H2O、Na2Al22O34、Al10(SO4)3(OH)24·20H2O，可能還有從鍍鋅鋼線表面滲出的腐蝕產(chǎn)物 Na2Zn(SO4)2·4H2O(其衍射峰較弱)；而鍍鋅鋼芯線表面的腐蝕產(chǎn)物主要有Zn(OH)2·0.5H2O、ZnSO4·6H2O、NaZn4(SO4)Cl(OH)6·6H2O 及從鋁股線表面滲入的腐蝕產(chǎn)物Al2(SO4)3·18H2O 和 Na2Al22O34·6H2O 等。值得注意的是，鋁股線表面的腐蝕產(chǎn)物未見Al的氯化物，這是因?yàn)锳l的氯化物一般為水溶性，在導(dǎo)線腐蝕后的洗滌過程中可能溶于水而消失。

2.2 ASCR導(dǎo)線腐蝕層的顯微組織結(jié)構(gòu)

2.2.1 初期腐蝕狀態(tài)

圖2所示為腐蝕96 h后外層鋁股線的表面與截面形貌。由圖2可看出，在ACSR導(dǎo)線初期腐蝕階段(96 h)，外層鋁股線表面腐蝕現(xiàn)象不明顯，沒有形成腐蝕層，鋁股線表面形成局部的腐蝕產(chǎn)物堆積(見圖2(a)中箭頭所示)。在鋁股線截面上出現(xiàn)深約1~2 μm的腐蝕坑，產(chǎn)生點(diǎn)蝕[11](見圖2(b)中箭頭所示)。

圖3所示為腐蝕96 h后鍍鋅鋼芯股線的截面SEM像。由圖3可看出，經(jīng)96 h腐蝕后，鍍鋅鋼芯線表面的鍍鋅層比內(nèi)、外層鋁股腐蝕劇烈得多，其原因?qū)⒃诤竺嬗懻?。盡管從圖3中仍可見厚度約15 μm的鍍鋅層，但在鍍鋅層外側(cè)形成了約50 μm厚的腐蝕產(chǎn)物層。腐蝕層分為內(nèi)外兩層，外層結(jié)構(gòu)疏松，主要成分(摩爾分?jǐn)?shù))為 60.41% O、3.54% Al、1.03% Cl、1.10% Fe 和33.92% Zn(見圖3中點(diǎn)1的成分)，主要由Zn、Al的氫氧化物及氯化物組成；內(nèi)層的腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)致密，與鍍鋅層結(jié)合緊密，主要成分(摩爾分?jǐn)?shù))為39.95% O、0.79% Cl、0.47% Fe和56.37% Zn (見圖3中點(diǎn)2的成分)，主要由Zn的氫氧化物構(gòu)成。鍍鋅鋼芯線表面內(nèi)層腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)致密，具有延緩鍍鋅層腐蝕的作用。

2.2.2 中期腐蝕狀態(tài)

圖4和5所示分別為腐蝕720 h后外層和內(nèi)層鋁股線的表面與截面形貌。由圖4可看出，在ACSR導(dǎo)線中期腐蝕階段，如該導(dǎo)線腐蝕720 h后，在外層鋁股線表面不僅形成了約20~30 μm厚的腐蝕產(chǎn)物層(見圖4(a))。腐蝕層因?yàn)楦稍铩⒚撍?，產(chǎn)生龜裂，部分從鋁股線基體上剝落。EDS分析表明，未剝落腐蝕層表 層的主要成分為74.73% O、19.23% Al和6.04% S(見圖4(a)中區(qū)域1)，而表層剝落后內(nèi)層的成分為42.01%O、56.43% Al和1.56% S(見圖4(a)中區(qū)域2)?？梢姡鈱愉X線表面腐蝕層的成分并不均勻，表層含有更高的S成分，形成更多的硫酸鹽類反應(yīng)產(chǎn)物。

圖1 ACSR腐蝕1 440 h后腐蝕產(chǎn)物的XRD譜Fig.1 XRD patterns of corrosion products after ACSR conductor being etched for 1 440 h: (a) Corrosion product around external Al strand; (b) Corrosion product around galvanized steel core strand

圖2 腐蝕96 h后外層鋁股線的表面與截面形貌Fig.2 Superficial (a) and cross-sectional (b) morphologies of external Al strand after ACSR conductor being etched for 96 h

圖3 腐蝕96 h后鍍鋅鋼芯股線的截面SEM像Fig.3 Cross-sectional SEM image of galvanized steel core strand after ACSR conductor being etched for 96 h

由圖5可看出，經(jīng)720 h腐蝕后，ACSR導(dǎo)線內(nèi)層鋁股線的表面形成了連續(xù)的腐蝕產(chǎn)物殼層，但腐蝕層干燥、龜裂、部分脫落(見圖 5(a))。同樣地，從圖5(b)的腐蝕層截面形貌像中同樣可見腐蝕層的開裂。從圖 5(a)可見，腐蝕層結(jié)構(gòu)不同，表層以下緊貼鋁股線的有一個(gè)腐蝕產(chǎn)物的薄層，龜裂細(xì)密。它們連同未腐蝕的鋁股線表面的成分如表1所列。由表1可知，從鋁股線表面向外腐蝕層中的S的含量逐漸增加，腐蝕層中Al的硫酸鹽腐蝕產(chǎn)物逐漸增多。腐蝕720 h后，ACSR導(dǎo)線內(nèi)層鋁股線的腐蝕程度小于外層鋁股線的，但局部也形成了20 μm厚的反應(yīng)層(見圖5(b))。

圖6所示為腐蝕 720 h后鋼芯線的表面和截面SEM像。由圖6可見，經(jīng)過720 h腐蝕的鋼芯線鍍鋅層厚度比經(jīng)過96 h腐蝕的小，約為10~12 μm，腐蝕層的結(jié)構(gòu)與96 h腐蝕的相同，也分為內(nèi)外兩個(gè)部分，腐蝕層的總厚度約100 μm。

圖4 腐蝕720 h后外層鋁股線的表面與截面形貌Fig.4 Superficial (a) and cross-sectional (b) morphologies of external Al strand after ACSR conductor being etched for 720 h

圖5 腐蝕720 h后內(nèi)層鋁股線的表面和截面形貌Fig.5 Superficial (a) and cross-sectional (b) morphologies of internal Al strand after ACSR conductor being etched for 720 h

表1 圖5中各微區(qū)的EDS成分分析Table 1 EDS analyzing results of micro-zones in Fig.5

圖6 腐蝕720 h后鋼芯線的表面和截面SEM像Fig.6 Cross-sectional SEM image of galvanized steel core strand after ACSR conductor being etched for 720 h

2.2.3 末期腐蝕狀態(tài)

在ACSR導(dǎo)線末期腐蝕階段，如該導(dǎo)線腐蝕1 440 h后的外層鋁股線表面有約40~50 μm的連續(xù)腐蝕產(chǎn)物層(見圖7)；同樣地，外層鋁股線表面的腐蝕產(chǎn)物部分剝落。EDS成分分析表明，腐蝕產(chǎn)物的表層的成分(摩爾分?jǐn)?shù))為75.86% O、19.73% Al、4.32% S和0.09% Zn，外層鋁股線表面的腐蝕產(chǎn)物層主要是鋁的氫氧化物和硫酸鹽，表層中含有少量的鋅成分，說明有少量的鍍鋅層表面腐蝕產(chǎn)物從內(nèi)、外層鋁股線的狹縫中向外滲出，沉積在外層鋁股線的表面。而內(nèi)層鋁股線腐蝕程度相對(duì)外層鋁股線較輕，腐蝕層厚度約為30 μm。

ACSR絞線經(jīng)過1 440 h腐蝕后，腐蝕層與鋼芯線基體結(jié)合緊密，沒有明顯的腐蝕層脫落現(xiàn)象，但腐蝕層也因?yàn)楦稍镞^程中所產(chǎn)生的應(yīng)力等因素的作用，形成細(xì)密的微裂紋。鋼芯線表面鍍鋅層已經(jīng)基本上腐蝕殆盡，原來鍍鋅鋼芯線表面的腐蝕產(chǎn)物雙層結(jié)構(gòu)已經(jīng)不明顯，腐蝕層結(jié)構(gòu)較為疏松(見圖 8(b))。鋼芯線邊緣處點(diǎn)1的成分(摩爾分?jǐn)?shù))為52.34% O、7.64% Al、2.29% S、31.61% Zn、3.08% Fe和 3.04% Cl，形成了Zn的氫氧化物、硫酸鹽及氯化物的腐蝕產(chǎn)物層，鋼芯線表面的鍍鋅層消失。鋼芯線失去鍍鋅層的保護(hù)，在隨后的腐蝕過程中將加劇腐蝕，直至鋼芯線斷股。由于ACSR導(dǎo)線中的鋼芯線是載荷的主要承受體，鋼芯線的加劇腐蝕必然導(dǎo)致導(dǎo)線的承載能力下降，在惡劣的氣候條件下(如覆冰和舞動(dòng))，易導(dǎo)致斷股、斷線，造成供電事故。

圖7 腐蝕1 440 h后外層鋁股線的表面和截面SEM形貌Fig.7 Superficial (a) and cross-sectional (b) SEM images of external Al strand after ACSR conductor being etched for 1 440 h

圖8 腐蝕1 440 h后鋼芯線的表面和截面SEM形貌Fig.8 Superficial (a) and cross-sectional (b) SEM images of galvanized steel core strand after ACSR conductor being etched for 1 440 h

2.3 ASCR導(dǎo)線大氣腐蝕產(chǎn)物的形成及腐蝕機(jī)理分析

2.3.1 鋁股線的腐蝕機(jī)理

當(dāng)ACSR導(dǎo)線的鋁股線暴露在大氣環(huán)境中時(shí)，在其表面形成連續(xù)、致密的水合氧化鋁膜(Al(OH)3)，與基體結(jié)合性緊密。該氧化膜不溶于水，除了強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，在pH為4~9的水溶液中一般都是穩(wěn)定的。但在一定濃度的Cl?溶液(如NaCl溶液)中，將加速氧化膜的破壞，最終導(dǎo)致鋁的浸蝕[11?14]。當(dāng)腐蝕介質(zhì)中HSO3?和 Cl?同時(shí)存在時(shí)，鋁股線表現(xiàn)為局部腐蝕，主要為點(diǎn)蝕，其中Cl?較易形成點(diǎn)蝕源。

首先，腐蝕介質(zhì)中的 Cl?吸附在氧化膜表面，加速氧化膜水解，并與水解產(chǎn)物反應(yīng)，形成系列堿式氯化物鹽。

其中，Alx(SO4)y(OH)z·nH2O 中的 z=3x?2y。在本研究中，Alx(SO4)y(OH)z·nH2O 主要為 Al3(SO4)2(OH)5·9H2O 和Al10(SO4)3(OH)24·20H2O。由于模擬大氣腐蝕介質(zhì)中Cl?含量太少，加上某些氯化物反應(yīng)產(chǎn)物(如AlCl3)還易溶于水，在腐蝕后導(dǎo)線的漂洗過程中溶解消失。所以，在圖1的腐蝕產(chǎn)物物相分析中并沒有檢測(cè)到Al的氯化物產(chǎn)物，而主要是Al的硫酸鹽和堿式硫酸鹽及其水合物。

上述反應(yīng)常在氧化膜薄弱處產(chǎn)生點(diǎn)蝕坑并向四周和深處擴(kuò)展，直到腐蝕介質(zhì)穿透氧化層直接作用于鋁股線。鋁股線在溶液中離子的作用下發(fā)生電化學(xué)腐蝕，產(chǎn)生大量的點(diǎn)蝕坑，點(diǎn)蝕坑沿鋁線股圓周方向擴(kuò)展，形成連續(xù)的腐蝕產(chǎn)物層，同時(shí)點(diǎn)蝕坑不斷沿線股徑向向里擴(kuò)展，導(dǎo)致腐蝕層厚度逐漸增加。

2.3.2 鋼芯線表面鍍鋅層的腐蝕機(jī)理

ACSR導(dǎo)線中鍍鋅鋼芯的腐蝕主要表現(xiàn)為鍍鋅層的腐蝕。由鍍鋅鋼芯線表面腐蝕層結(jié)構(gòu)分析可知，鍍鋅層的腐蝕首先在鍍鋅層形成點(diǎn)蝕，然后腐蝕坑向四周和深度方向擴(kuò)展，主要腐蝕機(jī)理為電化學(xué)腐蝕。反應(yīng)過程如下：

Zn(OH)2為白色沉淀。隨著腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，Cl?向陽(yáng)極區(qū)遷移，并在陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng)：

堿式氯化物 Zn5(OH)8Cl2是 Zn在 Cl?腐蝕溶液中最主要的腐蝕產(chǎn)物[15?16]。在本實(shí)驗(yàn)的模擬大氣腐蝕介質(zhì)中，Cl?和SO42?的共同作用下，形成了Zn的硫酸鹽及組成更加復(fù)雜的復(fù)合鹽類化合物，總反應(yīng)式如下：

因此，ACSR導(dǎo)線中鍍鋅鋼芯線表面鋅層的大氣腐蝕產(chǎn)物主要是 Zn(OH)2、ZnSO4和 NaZn4(SO4)Cl(OH)6的水合物。

2.3.3 ACSR導(dǎo)線的腐蝕機(jī)理

與單一的鋁股線及鍍鋅鋼芯線相比，ACSR導(dǎo)線在模擬大氣腐蝕介質(zhì)中構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜得多的腐蝕系統(tǒng)，ACSR導(dǎo)線的腐蝕是多種機(jī)理共同作用的結(jié)果[17]。最重要的是電化學(xué)腐蝕，包括單股線內(nèi)的電化學(xué)腐蝕與不同層股線之間的電化學(xué)腐蝕。正如上文所述，單股線內(nèi)的電化學(xué)腐蝕，表現(xiàn)為股線上的點(diǎn)蝕，并逐漸在線股表面形成連續(xù)的腐蝕產(chǎn)物層，最終導(dǎo)致斷股。

至于導(dǎo)線線股間的電化學(xué)腐蝕，研究表明[17?18]，在鹽水溶液中金屬的自然電極電位依次增大的次序排列是Zn、A1、Fe。對(duì)于 ACSR導(dǎo)線，由于NaCl+NaHSO3溶液在線股間存留，鋼芯線表面的鍍鋅層和內(nèi)層鋁股線之間構(gòu)成原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，Zn為陽(yáng)極，被腐蝕，而Al受到保護(hù)。這可能也是本實(shí)驗(yàn)中鍍鋅層的腐蝕速率明顯高于內(nèi)外層鋁股線的，而外層鋁股線的腐蝕程度大于內(nèi)層鋁股線的原因。當(dāng)鍍鋅層被腐蝕后，將在內(nèi)層鋁股線和鋼芯線之間再次形成新的微電池，此時(shí)，內(nèi)層鋁股線為陽(yáng)極，加速腐蝕，而鋼芯線受到保護(hù)。可以假設(shè)，如果ACSR導(dǎo)線在模擬大氣腐蝕介質(zhì)中的腐蝕時(shí)間超過1 440 h, 內(nèi)層鋁股線的腐蝕程度很可能會(huì)超過外層鋁股線的。

3 結(jié)論

1) 在模擬大氣腐蝕條件下，ACSR導(dǎo)線鋁股線表面的腐蝕產(chǎn)物主要有 Al3(SO4)2(OH)5·9H2O、Na2Al22O34和 Al10(SO4)3(OH)24·20H2O；而鍍鋅鋼線表面的腐蝕產(chǎn)物主要有 Zn(OH)2·0.5H2O、ZnSO4·6H2O和 NaZn4(SO4)Cl(OH)6·6H2O。

2) 在ACSR導(dǎo)線腐蝕經(jīng)96 h，外層鋁股線表面只形成局部的腐蝕產(chǎn)物堆積，產(chǎn)生點(diǎn)蝕；而內(nèi)層鋁股線沒有發(fā)生腐蝕。鍍鋅層表面形成了約50 μm腐蝕產(chǎn)物層，腐蝕層分為內(nèi)外兩層，外層結(jié)構(gòu)疏松；內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密，并與鍍鋅層結(jié)合緊密。

3) 在ACSR導(dǎo)線經(jīng)720 h腐蝕，在內(nèi)、外層鋁股線表面均形成了約20~30 μm厚連續(xù)的腐蝕產(chǎn)物層，腐蝕層龜裂、部分剝落。鍍鋅層表面腐蝕層的厚度約100 μm，仍為兩層結(jié)構(gòu)。

4) 在ACSR導(dǎo)線經(jīng)1 440 h腐蝕，外層鋁股線表面腐蝕產(chǎn)物層厚約40~50 μm，而內(nèi)層鋁股線腐蝕層厚約為30 μm。鋼芯線表面鍍鋅層已經(jīng)基本上腐蝕殆盡，腐蝕層結(jié)構(gòu)疏松。

5) ACSR導(dǎo)線的電化學(xué)腐蝕，包括單股線內(nèi)的電化學(xué)腐蝕與不同層股線之間的電化學(xué)腐蝕。單股線內(nèi)的電化學(xué)腐蝕，表現(xiàn)為各股線上的點(diǎn)蝕，并逐漸在股線表面形成連續(xù)的腐蝕產(chǎn)物層。由于 Zn的電極電位比Al的高，在鋼芯線表面鍍鋅層和內(nèi)層鋁股線之間構(gòu)成原電池。因犧牲陽(yáng)極效應(yīng)，腐蝕層的腐蝕速率最高，而內(nèi)層鋁股線腐蝕速率最低，外層鋁股線居中。

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Microstructures of corrosion layer of ACSR conductor in atmospheric corrosion and corrosion mechanism

ZHANG Jian-kun1, CHEN Guo-hong2, WANG Jia-qing2, ZHANG Tao2, WANG Xu1, TANG Wen-ming1
(1. School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China;2. Materials Department, Anhui Institute of Electric Power Science, Hefei 230601, China)

The dry/wet NaCl+NaHSO3atmosphere-salt spraying experiment of the aluminum conductor steel reinforced(ACSR) conductor was carried out to study the phases and microstructures of corrosion products and the corrosion mechanism in simulated air corrosion condition. The results show that the ACSR conductor is mainly corroded by pitting corrosion. The corrosion layer mainly consists of hydroxides, sulfates and sulfate-chloride double salts and their hydrates of Zn and Al. At the initial corroding stage, the corrosion pits form on the Al strands and the galvanizing Zn layer, which are gradually replaced by the continuous corrosion layers as prolonging the spraying time. In the ACSR conductor, a primary cell is generated between the galvanizing Zn layer and the internal Al layer in the electrolyte. In the cell, as an anode, the galvanizing Zn layer is violently etched, contrarily, as a cathode, the internal Al layer is protected. In the ACSR conductor, the sequence of the corrosion rate from high to low is the galvanizing Zn layer, the external Al layer and the internal Al layer.

ACSR conductor; atmospheric corrosion; microstructure; corrosion mechanism

TM752, TG17

A

1004-0609(2011)02-0411-07

國(guó)家電網(wǎng)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2009144)

2010-04-06；

2010-07-19

湯文明，教授，博士；電話：0551-2901373；E-mail: wmtang69@126.com

(編輯 龍懷中)