儲存過程中導線表面腐蝕現象的分析及對策

馮愛軍， 金 榕

(上海中天鋁線有限公司，上海201108)

0 引言

進入21世紀之后，隨著我國經濟的蓬勃發展，電力的需求急劇增長，成為國民經濟發展和人民日常生活的基本要素，輸變電線路則是國民經濟的主動脈，而架空導線正是輸電線路的主體。目前，國內高壓輸配電網架空導線的儲存及運行環境各有不同，包括工業污染區、沿海地區及沿海工業污染區等強腐蝕性環境。若導線在儲存過程中受到腐蝕，將給工期帶來影響。

1 鋁腐蝕機理

鋁腐蝕是鋁金屬在環境的作用與影響下發生化學或電化學反應，金屬由單質變為化合物的過程。鋁在許多介質中，能在表面形成一層致密的連續的氧化膜，具有相當高的穩定性。根據資料介紹，鋁的腐蝕受到環境的影響，包括大氣(污染物、濕度)、水、土壤、溫度等。腐蝕的基本類型有:點腐蝕、接觸腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、剝落腐蝕、疲勞腐蝕等。

架空電力線路上的各種導線，特別是架設在沿海和工業地區的導線，長期經受大氣、風雨和鹽霧的侵蝕，很容易受到腐蝕。在沿海地區，海洋大氣含有大量的鹽分，由于海浪及大風將海水帶入大氣，水分經過蒸發，并由季風及臺風吹到遠方，使低空大氣的含鹽量增加，并且含鹽量與海岸距離有很大關系?？亢Ｔ浇?，海霧中的氯化物含量越高，在該環境中的鋁導體的腐蝕也越嚴重。氯化物可加速鋁的點蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕。這是由于大氣中的氯離子半徑很小，能自由地穿透金屬表面的水膜和鈍化膜(金屬化合物，結構緊密，覆蓋在金屬表面)，排擠氧離子并取而代之，成為可溶性氯化物，使金屬加速腐蝕。同時，大氣中的SO2、H2S、NH3和NO2以及其他懸浮粒子和灰塵也都能促進金屬的腐蝕，使其抗疲勞能力下降，從而大大降低了導線的使用壽命。

2 導線表面腐蝕實例

2009年某沿海地區500 kV雙回線路工程中，型號規格為JL/LB1A-400/35-48/7的鋁包鋼鋁絞線，6月發至項目部施工倉庫。經一個多月的現場露天儲存后，7月底，在起吊過程中發現，有多盤導線出現批量性腐蝕損傷情況，腐蝕現象集中在導線外層。

通過對腐蝕表面進一步觀察，腐蝕區域成片狀分布，均集中在與地面泥土接觸部分。腐蝕面呈銀白色，并帶有部分淡黃色斑點，用手觸摸，有少許腐蝕粉末掉落，嚴重的地方有明顯的腐蝕凹坑，如圖1、圖2所示。

圖1 導線儲存現場

圖2 導線腐蝕表面

3 導線表面腐蝕現象的分析

將廠區同期生產未發貨的導線打開包裝檢查，未發現有腐蝕現象。根據腐蝕現象均集中在與地面接觸的地方這一明顯特征，初步判斷問題出在儲存環境上。該施工現場處于沿海地區，按國家規定距海岸7～10 km即為鹽霧區，初步認定本次導線被腐蝕的主要原因是雨水和當地堿性土壤混合后與導線接觸而產生腐蝕。

為驗證上述結論，對現場土壤、水、中度和輕度腐蝕導線、未腐蝕鋁線及導線腐蝕產物進行了取樣和記錄，送到相關有資質的權威機構檢測。

3.1 未腐蝕鋁線成分分析

GB/T 17048—2009《架空絞線用硬鋁線》規定:“硬鋁線應由要求純度的鋁制成，以達到規定的機械性能和電氣性能，鋁的含量應不小于99.5%”。所以委托“國家有色金屬質量監督檢驗中心”檢測鋁線化學成分是否合格，根據其出示的檢驗報告(見表1)，說明導線產品化學成分符合國家相關標準要求。

3.2 腐蝕物分析

對從導線上刮取的鹽狀結晶物和鋁線上腐蝕部分用SEM掃描電鏡，依據GB/T 17359—1998《電子探針和掃描電鏡X-射線能譜定量分析通則》，委托“國家有色金屬及電子材料分析測試中心”測定腐蝕物成分和結構。

根據其出示的分析測試報告:“根據送樣單位提供的情況，該鋁質電纜線存放時與地面土壤直接接觸。表面腐蝕區刮下的粉末成分為:Al 51.2%，S 20.9%，Cl 28.0%。從以上分析數據可以看到，表面腐蝕區，無論刮下的腐蝕產物還是在鋁線表面直接分析，其腐蝕產物中均含有Cl和S。這兩種元素都是腐蝕性元素，在潮濕的氛圍下，極易對鋁表面產生腐蝕。而土壤中成分很復雜，可能有殘留的農藥、化肥，也不能排除外來的污染物隨雨水等進入土壤，其中都可能包含Cl和S，繼而對鋁表面產生腐蝕，而鋁表面的氧化鋁薄膜一旦被破壞，腐蝕就不斷往縱深發展，腐蝕產物疏松而且極易剝落。腐蝕產物經X射線分析發現其為非晶態，未見有任何衍射峰?！盭射線能譜圖見圖3。

表1 導線化學成分檢驗結果

圖3 X射線能譜圖

3.3 土壤和水分析

委托“中國農業大學資源與環境學院”對土壤和水進行分析，報告結論為:“送檢土壤樣品和水樣酸堿度均為偏堿性，土壤電導率為1.06 mS/cm，水樣電導率遠遠高于土壤樣品，為5.66 mS/cm，是土壤樣品的5.36倍，說明水樣含鹽量較高。”

說明此次導線腐蝕的原因主要是，鋁導線存放時放置于低洼地與該地區的鹽堿地長時間接觸，加上雨水等的浸泡，使得土壤和水中的鹽分與鋁導線發生電化學反應。因為當鋁導線生產出來時，在極其短的時間內就會在表面形成一層很薄的Al2O3的鈍化膜，保護鋁本身，使其化學性質不活潑，因此鋁在中性和近中性(pH為4～8)的水及大氣中耐蝕較好，但當介質中含Cl－(氯離子)時，且其含量達到一定程度時，將加速氧化膜的破壞，最終導致鋁及鋁合金的侵蝕，形成點蝕。隨著時間的加長，點蝕的部位與土壤和水中的堿性成分進一步發生反應，整個腐蝕過程存在以下幾個步驟:

(1)Cl－在氧化膜表面吸附，且優先在氧化膜表面的缺陷(微裂紋、裂隙等)處吸附:

Cl－(介質中)→Cl－(吸附在氧化膜上)

(2)Cl－與氧化膜發生反應

1)氧化膜中的Al3+快速水解

Al3++H2O→H++Al(OH)2+

2)水解產物Al(OH)2+與Cl－反應

Al(OH)2++Cl－→Al(OH)Cl+

3)Al(OH)Cl+繼續發生如下反應

Al(OH)Cl++H2O→Al(OH)2Cl+H+

或者Al(OH)Cl++Cl→Al(OH)Cl2

所形成的Al(OH)2Cl、Al(OH)Cl2從反應界面向介質中擴散，導致氧化膜局部變薄。

(3)氧化膜被穿透，金屬Al基體暴露在溶液中，Cl－對基體造成腐蝕，形成腐蝕麻點。此反應即使在室溫下也很容易進行，因此在現場留下了白色結晶狀物質，并且腐蝕部分外圍成淡黃色為Cl－(氯離子)的顏色。

4 對策及解決措施

(1)改進產品包裝。行業間普遍采用內包為竹篾，外包為竹片的包裝方法。為防止或減少雨水與導線接觸，可考慮采取導線盤的芯板和最外層導線上面包覆防水的聚乙烯薄膜。包裝時注意幾點:聚乙烯薄膜禁止刮傷、刮壞;在裁斷內包材料時，保證端面齊平，接頭交叉重疊部分不超過10 cm，用膠布橫向密封保證雨水不進入內包中(見圖4)，將封口一律放至盤具底側，使雨水淋不到封口;嚴禁在淋雨情況下包裝。

(2)在施工現場，導線嚴禁儲存在化工廠區等類似污染的環境之中，同時應避開低洼地及積水地區，以免長期放置后，導線被腐蝕，影響使用;應采取防雨措施，盡可能保持存放地點清潔和干燥，避免雨淋和暴曬造成盤具松散，以及導線表面出現無規律不均勻的黑膜和斑點。

(3)縮短施工現場的儲存時間，對導線的表面質量和后期施工比較有利。

圖4 聚乙烯薄膜密封包裝

(4)在線路設計時應考慮當地氣候與環境質量對導線的影響。針對鹽霧區或者工業排放物較為嚴重的地區，可選用防腐型導線，提高導線的可靠性和使用壽命，這也是防止導線腐蝕的直接辦法。

5 結束語

在沿海鹽霧區等強腐蝕性環境，由于雨水和當地堿性土壤混合后與導線直接接觸會產生腐蝕現象，腐蝕區域片狀分布，顏色呈現銀白色，并帶有淡黃色斑點。

導線表面腐蝕不同于常見的表面發黑現象，發黑現象“不影響使用，僅影響外觀”，而腐蝕現象會使導線強度大大降低，并可能會造成導線斷線或斷股。為避免腐蝕可以從產品包裝、儲存條件、儲存時間和導線設計選用等方面著手，防止導線與雨水、鹽堿土壤等腐蝕介質接觸?，F在輸電線路腐蝕破壞已受到各個國家的關注和重視，關于輸電線路的腐蝕機理、腐蝕評估、腐蝕控制和防護都在進一步研究，從而指導導線的制造與應用。

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