2A12铝合金作为导电材料的耐腐蚀性能研究

冯艳 孔博 李强

【摘要】在高压电器中，2A12铝合金作为导电杆、接线板等导电零件时，会发生分层、剥落及白色粉末等腐蚀问题，本文分析和验证了可能引起腐蚀的各种原因，结果表明 的重要原因。最后提出相对应的防范措施，避免与预防腐蚀的发生，确保高压电器的安全可靠运行。

【关键词】导电材料；耐腐蚀性；防范措施

1 引言

铝合金由于具有密度小，力学性能优异、电导热能力强，成型加工性好以及优异的物理化学综合性能等一系列优点在各领域广泛应用，在电力系统的高压开关行业，铝合金常常作为导电部件，在各大电站中大量使用。

2A12材料为高强度硬铝，主要化学成分为：CU-3.8-4.9，Mg-1.2-1.8，Al-余量。该材料的优点为可进行热处理强化，抗拉强度等机械性能高。其抗拉强度≥420，屈服强度≥275，伸长率≥10%，导电率%IACS38。该材料的缺点为抗腐蚀性不高，常采用阳极氧化处理与涂漆方法以提高其抗腐蚀能力

随着城市化、工业化进程的加快，变电站周边地区污秽情况日益恶化，污秽区域逐渐增多，污秽等级逐年加重。

2 试验研究

1、产品材质化学成分分析

为验证导电管材料成分，对2A12导电管取样本进行了化学成分分析、电镜分析、金相分析和力学分析：

1.化学成分分析显示导电臂材料为铝合金，符合厂家提供的材料型号2A12。

2.电镜分析显示腐蚀产物为氧化铝，表面镀银层无腐蚀，腐蚀部位曾受到水的侵蚀。

3.金相分析显示腐蚀从管内壁开始沿着晶界向芯部扩展，远离腐蚀部位的组织无过烧组织、夹杂物、气孔等缺陷组织。

4.力学分析显示该样本的抗拉和断后延伸率均符合要求。

综上，检测结果表明，断裂的刀闸导电臂材质符合要求。

2、材质因素

为了验证LY12-CZ（国标新牌号为2A12）的耐腐蚀性，我公司曾做过研究性试验，对该材质（表面镀银）进行盐雾试验，验证其耐腐蚀性，结果如下：

考核表面轻度失光，出现多处点蚀，且大部分发生在边棱处，点蚀处覆盖层破坏剥落，基材中铜相成红色物析出，同时该处附着有铝、镁等元素腐蚀后形成的透明胶状产物。

由试验可看出，经过六个周期的盐雾试验，LY12-CZ材料会从基体内锈蚀，起皮、剥落。

3 分析

3.1 环境因素

户外高压开关产品是受环境影响较大的产品，气候条件中的湿度、温度、日照量和降水量等都会对长期运行中的产品产生作用。湿度越大，对金属材料的腐蚀越强。温度和日照量主要表现在昼夜温差变化导致的凝露方面的影响，其腐蚀快慢最终仍然与湿度有关。降雨量对腐蚀的影响有双重作用，一方面雨水会冲刷腐蚀生成的保护层加速腐蚀，另一方面雨水也会冲掉腐蚀性介质减缓腐蚀速度。

而一些特殊环境的变电站就需要考虑现场的大气条件。大气条件可分为气体和固体两个因素，气体条件是大气中含有可导致金属腐蚀的H2S、SO2、O2、NO2、CO2等气体，而空气中的固体杂质颗粒吸附在金属表面由于其载体作用具有吸水和导致膜的不致密性将加速腐蚀。

现场主要腐蚀的下导电管多处于分闸状态，内部有鸟窝枯草，从以上的分析可以判断，腐蚀的下导电管处易积水，湿度大，若水中还含有污染物质，长期作用会加速腐蚀。

3.2 镀银因素

产品镀银后，除镀层合格外，还要考核银层的外观，银层应是结晶细致平滑的银白色。光整后的银表面应有光泽呈青白色。根据现场观察，除腐蚀处外，镀银表面均匀，无脱皮及起泡，可以确定镀银质量无问题。但也不排除装配时端部镀银层因磕碰局部有脱落情况。

3.3 腐蚀分析

从导电铝管腐蚀断裂的情况分析，其腐蚀应属于局部腐蚀，局部腐蚀相对于全面腐蚀危害性更大，往往在没有征兆的情况下，金属构件就会突然发生断裂，造成事故。局部腐蚀的类型主要包括：点蚀（孔蚀）、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、缝隙腐蚀、湍流腐蚀等。

导电管为铝合金材质，上、下连接部位镀银，因此合金表面有多个金属介质。由于合金表面的电化学不均匀性，在合金表面上微小区域或局部区域存在电位差，2A12 Al-Cu-Mg合金中基体Al可与某些合金元素形成腐蚀电池。合金的晶粒与晶界之间也存在电位差，一般晶粒是阴极，晶界能量高、不稳定为阳极先发生腐蚀。

晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀，它会使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，如有应力存在，特别是存在拉应力时，晶间腐蚀往往转变为沿晶应力腐蚀破裂，致使材料失效。

4、解决与预防措施

廉州变电站使用我公司隔离开关产品为1999年生产，2000年运行至今已13年，除了按计划对产品进行技改更换外，针对仍在现场无法更换的产品，我公司提出以下解决措施：

1、针对备用线路上处于分闸状态下的GW10-252型隔离开关，必须按照产品维护标准将导电闸刀拆下进行检修。

我公司可提供统计后需更换为锻铝管的导电管，重新安装后需注意在易进水及灰尘的接触面外涂防水密封胶。

2、对于现场运行的GW10-252型隔离开关，建议加强跟踪监测，除了监测动、静触头接触情况（保证夹紧力避免虚接）外，特别加强对导电连接部位的关注。有停电检修的机会时，检查导电接触面的腐蚀情况，及时清理避免发热。如出现下列情况之一时，应及时退出运行马上进行检修：

○1运行中触头及导电回路经测温发现超过规定值时；

○2停役或复役操作中，发生拒分、拒合、合分不足等；传动部分或操动机构故障时；或发生电气回路故障时；

○3其它影响安全运行的异常现象。

5结论

所有GW10-252型隔离开关产品上部导电管内部均无腐蚀情况。个别相产品外露的镀银面处有腐蚀现象发生。

从以上现场情况、材质分析、环境因素及各项试验结果，可以得出以下结论：

1、隔离开关导电管设计选材为LY12-CZ（国标新牌号为2A12），满足产品使用性能，表面处理工艺合理，现场所供产品材质成分符合相关的国家标准，所供产品设计与零件质量没有问题。

2、LY12-CZ铝合金管的腐蚀一方面由于此合金耐腐蚀能力不高，另一方面腐蚀主要是在易积水的镀银面处产生，在污水作用下，铝与其表面附著的银、铜等元素之间发生"电化学"反应，发生腐蚀开裂，造成导电管断裂。

由于高压交流隔離开关是户外式结构，直接暴露在大气环境中工作，容易受到环境和气候条件的影响。随着全球环境的不断恶化，隔离开关产品在选材、密封，防锈蚀方面也应特别考虑，不断改进，避免长期运行造成的腐蚀。依据刀闸解体情况、材质检测、工艺分析和同厂、同型设备解体检查，分析认为：

一是西开GW10型刀闸导电臂为铝合金材质，上、下连接部位采用镀银工艺，导电臂下端面从内而外分别由铝合金层、镀铜层和镀银层组成，不是单一的金属介质，在电解质存在的情况下，下端面最容易发生"电化学"反应，拆除的刀闸腐蚀情况均是从下端面开始，也说明了这一点。另外，个别导电臂上端和根部镀银层外露部分出现一圈腐蚀，不排除此处存在镀银工艺控制不到位的情况；二是在分闸位置，该类型刀闸下部导电臂根部易存水，在雨水作用下，铝与镀银层、镀铜层之间发生"电化学"反应，铝作为阳极发生腐蚀，同时析出氢，氢结合氢气体积膨胀，造成导电臂根部腐蚀；三是廉州站地处石家庄东南，周围化工厂环绕，酸性腐蚀物较多，进一步加速了导电臂的腐蚀。

另外，除下导电臂根部外，255-3刀闸B相和256-2刀闸A相下导电臂上端也存在腐蚀情况，其腐蚀部位也是水滴易悬挂部位，进一步印证了在雨水作用下、铝导体与镀铜层、镀银层之间发生"电化学"反应造成导电臂腐蚀的分析结果。