表面不均匀性黑膜钢芯铝绞线耐蚀性能对比及可用性研究（一）

 

Corrosion resistance and application of ACSR with inhomogeneous dark coating <<电线电缆 >>2004年02期

于萍 , 魏云鹤 , 冷霞 , 主沉浮 , 张长桥

于 萍 魏云鹤 冷 霞 主沉浮 张长桥

 

山东大学化学与化工学院 济南 250061

 

[摘 要] 通过模拟三类典型大气环境加速腐蚀试验以及微观形貌对比分析，在北方城 市工业集中厂区的雨季，即在工业气氛和弱高温高湿双重作用下，所生产的表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线与正常条件下生产的钢芯铝绞线，在腐 蚀行为、腐蚀速率、氧化膜微观形貌以及电阻率等方面基本一致。因此，在 产品库存与实际架线使用时间间隔较短的条件下，与我国南方高温雨季生产的"表面不均匀性黑膜钢芯铝绞线"一样，均为"不影响使用性能，仅影响 商业外观"的产品。

 

[关键词] 钢芯铝绞线 腐蚀速率 微观形貌

 

在南方雨季高温高湿环境条件下生产的钢芯铝绞线经库存一段时间后，现场施工使用时曾多次出现钢芯铝绞线表面带有不均匀性黑膜现象，由于生产与施工之间时间间隔较短，行业腐蚀学界对此有"不影响使用性能，仅影响商业外观"的认同。但是近年来对一些高温高湿现象不十分明显的北方地区，特别是处于工业集中区的生产企业，由于工业大气环境和弱高温高湿双重作用，每年七－九月份的雨季所生产的钢芯铝绞线也出现类似情况。因此，对其腐蚀行为以及微观形貌等性质进行对比试验，以便为可否继续使用提供科学依据，具有一定的实际意义。

 

 1 试样选择及研究方法实验研究中所采用的钢芯铝绞线试样分别采自我国北方地区三个典型的钢芯铝绞线生产厂家，其中试样A为表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线的外层铝线，试样B为表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线的内层（无黑膜），试样C和D分别为另外两个厂家生产的表面正常的钢芯铝绞线。根据钢芯铝绞线的使用范围和特点，腐蚀性能对比分别采用模拟海洋气氛的全浸加速腐蚀试验，模拟一般农村大气环境的盐水喷雾加速腐蚀实验和模拟工业环境气氛的二氧化硫加速腐蚀实验[1]；对试样A和C的外层铝线进行了扫描电镜微观形貌分析对比，对试样A和D的钢线进行了抗拉强度试验以及电化学腐蚀行为测试。

 

2 不均匀性黑膜铝单线与正常铝单线腐蚀性能对比

 

2.1 5％盐水全浸腐蚀试验试验条件：5％ NaCl溶液，温度35±0.5℃，pH=6.8±0.5，全浸不搅拌，连续196h。此腐蚀试验可视为无氧条件的结果。类比于海洋环境的腐蚀行为[2]，实验结果如表1所示： 表1 5％盐水全浸腐蚀试验结果样品 增重 （g/m2·h） 平均增重 （g/m2·h）试样A 0.0068 0.0074 0.0076 0.0079 试样B 0.0074 0.0071 0.0069 0.0070 试样C 0.0074 0.0070 0.0070 0.0066 试样D 0.0078 0.0076 0.0076 0.0074 从表1数据看，表面不均匀性黑膜铝单线与其它正常铝单线相比，5％盐水全浸腐蚀试验腐蚀速率无明显差别。另外，在实验过程中可见，60h后，表面不均匀性黑膜铝单线与其它正常铝绞线的表面颜色以及腐蚀产物的外观形态趋于一致。为进一步说明问题，对试样A和试样B又进行了相同实验条件的60小时腐蚀对比实验，结果如表2所示。 表2 表面不均匀性黑膜钢芯铝绞线的内外层铝单线腐蚀对比样 品 增重（g/m2·h） 平均增重 （g/m2·h）试样A 0.0082 0.0083 0.0085 0.0079 试样B 0.0096 0.0099 0.0102 0.0100 从表2数据可见，在腐蚀试验的前阶段，内层正常铝单线的腐蚀速率稍高于外层表面不均匀性黑膜铝单线，说明表面不均匀性黑膜铝单线已提前氧化，在腐蚀一开始就进入"膜保护"的缓慢氧化阶段，而内层正常铝单线开始时是纯铝表面的直接氧化阶段，所以其腐蚀速率要稍高于表面不均匀性黑膜铝单线，约60h后，二者的表面颜色以及腐蚀产物的外观形态逐渐趋于一致。

 

2.2 盐水喷雾试验试验条件：NaCl溶液（浓度50±5g/L），温度35±2℃，pH=3.1～3.3，采用间歇操作，间隔时间为8小时，试验时间为96小时，试验结果如表3所示。表3 盐水喷雾实验结果样 品 失重 （g/m2·h） 平均失重（g/m2·h）试样A 0.0136 0.0135 0.0137 0.0132 试样B 0.0136 0.0137 0.0138 0.0137 试样C 0.0142 0.0139 0.0137 0.0148 试样D 0.0134 0.0136 0.0138 0.0136 由表3数据可见，在盐水喷雾试验条件下，表面不均匀性黑膜铝单线的腐蚀速率与表面正常铝绞线也基本相同。

 

2.3 二氧化硫气体腐蚀实验试验条件：HF－45A化工气体腐蚀实验箱，二氧化硫浓度0.8％（体积百分比），温度25±2℃，连续实验240小时。表4 二氧化硫气体腐蚀实验结果样 品 失重 （g/m2） 平均失重 （g/m2）试样A 10.69 10.69 10.73 10.66 试样C 10.41 10.42 10.37 10.47 试样D 10.64 10.66 10.68 10.71 从表4结果可以看出，在二氧化硫气体中腐蚀240小时，表面不均匀性黑膜铝单线与表面正常铝单线的腐蚀速率无明显差别。另外，试验过程中可以发现，试验进行72小时后，表面不均匀性黑膜铝单线与其它正常铝单线表面颜色，腐蚀产物外观形态趋于一致。

 

3.微观形貌对比及其他主要性能测试

 

3.1 微观形貌对比为了分析表面不均匀性黑膜铝单线与正常铝单线的微观形貌差别，采用扫描电镜对式样A、B两种样品表面的微观形貌进行了观察，观察试样的选取、准备及观察条件与文献[2]一致。微观形貌对比如下：试样A、B两种样品表面的微观形貌试验如图1和图2所示。 图1 试样A表面不均匀性黑膜区域扫描电镜微观形貌 图2 试样B正常表面扫描电镜微观形貌从微观形貌上看，表面带有不均匀性黑膜的试样A有提前氧化的氧化膜存在，斑点较大；表面正常的试样B也有提前氧化的氧化膜存在，但斑点较小，两者在微观形貌上略有差别但无本质差别，所形成的氧化膜形貌及构成也大体相当。

 

3.2 钢芯单线腐蚀电化学性能测试钢芯铝绞线中的钢线是产品使用时的承重载体，其抗拉强度直接决定了钢芯铝绞线总截面的抗拉强度，经测试，表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线的钢线与正常钢芯铝绞线的钢线在抗拉强度上无明显差别。但是还应考察其钢线热镀锌层是否有变化。我们就表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线的钢线与正常钢芯铝绞线的钢线进行了腐蚀电化学测试，以观察其腐蚀电化学极化曲线是否异常。实验条件：铂金电极为辅助电级，饱和甘汞电极为参比电极，热镀锌钢线按电化学测试要求封闭处理后为研究电极。在HDV－7晶体管恒电位仪上测定，用123－200函数记录仪记录数据，恒电流法测阴、阳极极化曲线。每相隔5s调节一次极化电流，分别为±1，±2，±3，±4，±6，±8，±10，±20，±30，±40，±60，±80（mA），记录对应电位值（mV）。极化曲线如图3、图4所示。 图3 表面不均匀性黑膜钢芯铝绞线钢线阴阳极极化曲线 B－阳极极化曲线 C－阴极极化曲线 图4 正常钢芯铝绞线钢线阴、阳极极化曲线 B－阳极极化曲线 C－阴极极化曲线从图3、图4中的腐蚀电化学极化曲线可以看出，表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线的钢线与正常的钢芯铝绞线的钢线比较，其钢线的阳极和阴极极化曲线基本一致，说明其腐蚀行为和腐蚀速度没有差别。

 

3.3 电气性能测试按照国家标准，对两种样品进行了相关电气性能测试。20℃时，表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线铝线的电阻率为0.02795Ω·mm2/m，正常钢芯铝绞线铝线的电阻率为0.02793Ω·mm2/m，均符合国家GB 1179-83标准所规定的电阻率≤0.028264Ω·mm2/m，标准。因而钢芯铝绞线表面不均匀性黑膜现象对电气性能不产生影响。

 

4 结论

 

高温高湿单一条件下生产的表面不均匀性黑膜钢芯铝绞线，只要库存与施工使用时间间隔不长，则为"不影响使用，仅影响商业外观"的产品。其主要依据为：铝的抗大气腐蚀是依靠其表面氧化膜，其腐蚀机理为腐蚀学界所称的"膜保护"，即依靠在大气环境中形成的致密氧化膜能相对有效的防止腐蚀介质的继续侵入，使腐蚀由纯铝表面的直接氧化阶段进入"膜保护"的缓慢氧化阶段。在高温高湿条件下，钢芯铝绞线多数是由于包装不严使雨水等介质沿缝隙侵入，或包装过严使铝杆在拉制铝丝过程中存留的油脂以及内部湿热气体等在存放过程中不能有效排出而聚集，造成提前氧化，由于侵入区域或聚集区域的不均匀性，造成无规律表面不均匀性黑膜现象，但在大气环境条件下架线通电一段时间后，最后结果为表面外观一致。北方工业生产集中区内弱高温高湿的雨季所生产的表面不均匀性黑膜钢芯铝绞线是受弱高温高湿和工业气氛微腐蚀环境双重作用的结果。从模拟三种大气环境加速腐蚀实验结果、微观形貌观察以及腐蚀电化学等性能测试结果对比可以看出，表面带有不均匀性黑膜的钢芯铝绞线与正常的钢芯铝绞线其腐蚀行为、腐蚀速度和微观形貌大体一致，均具有铝的氧化过程特征。因此，北方工业生产集中区弱高温高湿的雨季所生产的钢芯铝绞线，由于受到弱高温高湿和工业大气环境双重作用，其外层表面与南方高温高湿单一因素作用下的钢芯铝绞线具有相当的腐蚀类似性，在库存与施工时间间隔相对较短的前提下，两者均为"不影响使用，仅影响商业外观"的产品。