高铁接触网铝合金结构的腐蚀控制研究

高铁接触网铝合金结构的腐蚀控制研究

花培金

中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司 江苏常州 213179

【摘要】现阶段铝合金占高铁接触网总重量的大部分，结构件也是如此，铝合金结构的腐蚀控制为铁路接触维修维护提供了非常的重要帮助，为了能够深入的了解其腐蚀控制，进而研究其未来发展道路和对高铁接触的影响，通过对铝合金结构组成及腐蚀机理分析，并基于对铝合金防腐应用的研究，进行文献研究法和比较法寻找关于铝合金腐蚀控制的优缺点，共性等，基于各方文献，实验，得出以下结论，在生产和使用过程中加强对腐蚀的防治和预防才能避免不必要的麻烦。

关键词：高铁接触网腐蚀损伤形式防护与控制铝合金腐蚀机理

一、引言

随着社会的时过境迁，乘坐高铁出行是人们的不二选择。高铁接触网（以下简称接触网）要求有良好的受流性能，所以采用强度高、韧性好的铝合金制成。接触网是高铁的重要组成部分，接触网的安全直接影响着高铁安全，因此这个问题值得我们关注，汇集各方力量查出问题所在，通过大量的数据探究得出结论，一是人为违规施工与操作，二是由于各种结构缺陷引起。在环境的侵蚀下，不可避免的发生了材料的腐蚀和老化，材料被腐蚀引起的损伤是接触网事故的原因之一，尽管因腐蚀而引起的事故不多，但是结合其它损伤形式，腐蚀会导致结构失效的时间变短。腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂只是时间问题。只有提前预防早发现早处理，才会避免造成事故，减少经济损失、节约资源和能源、推动技术进步和社会发展，进而减少环境污染，积极地推动人类文明的发展。

二、高铁接触网铝合金结构腐蚀机理分析

（一）腐蚀机理

暴露在环境中的接触网系统受疲劳振动，大气腐蚀，粉尘废气腐蚀和昼夜温湿度的影响，接触网零部件（以下简称零部件）就会发生腐蚀断裂。铝合金与氧之间有很强的关联特性铝合金长时间在空气或水中浸润，铝合金表层自然生成一层致密的膜，这层氧化物膜能够在大气环境中表现出极强的抗腐蚀性能。但是自然界中的含有卤素的二元化合物或者某些离子都可以破坏掉这层膜，所以会造成腐蚀的发生。接触网的是露天设备一直处于干湿交替的腐蚀环境，从而造成腐蚀的发生，一些腐蚀介质轻易就能够进入零部件内部。含腐蚀介质的潮湿空气长时间氧化腐蚀，这些因素严重侵蚀铝合金结构，不能够忽视。零部件腐蚀影响接触网的安全性和经济性，并且这些腐蚀破坏普遍存在于接触网中，在腐蚀的过程中，会因为腐蚀的面积增大导致其速度增快，形成了一个恶性循环，导致腐蚀情况加剧。

（二）腐蚀的影响

接触网的结构腐蚀是不可避免的，经常会发生的结构失效事故，大多数是因为腐蚀的存在，腐蚀会导致疲劳裂纹萌生，还会使使用寿命大幅度降低。零部件在工作时所承受的外力作用下，加速循环载荷过程中的损伤累积，带有腐蚀性的介质更易发生作用，使接触网零部件铝合金结构能够正常使用的时间减少，造成了损伤，主要体现在以下几个方面：1.周围环境的腐蚀介质侵蚀，造成了铝合金承载力的截面面积减小、结构的一些细节部位进入临界状态，改变了应力和应变的分布情况，结构上危险部位的位置发生偏移，导致局部应力集中，形成了较为明显的点腐蚀，与大气中的水分子形成回路，最终表现为电化学腐蚀。2.周围环境的腐蚀介质侵蚀加速了裂纹的扩展，材料的各项性能变弱，其中断裂韧性、临界尺寸和裂纹扩展速度的变化尤为突出，受到了不同程度的破坏，铝合金结构件的使用寿命逐日减少，无法良好的支撑整体，风险增加。3.周围环境的腐蚀介质侵蚀破坏了晶粒间的结合力，这会影响材料的塑性和强度，性能降低导致晶界开裂，一些重要的承载重量的结构提前生成微裂纹，加速了裂纹形成的时间，破坏了接触网结构的完整性。

（三）作用因素

主要有环境、力学和冶金三个因素影响接触网铝合金结构腐蚀疲劳。下面讨论力学和环境两个影响因素：首先，我们关注周围环境中的腐蚀介质对接触网铝合金结构的侵蚀，零部件件长时间放置在潮湿大气、工业大气、海洋大气这三种气氛中，潜移默化的被这些气氛所侵蚀。由此可以看出，抗腐蚀疲劳强度不会受到浓度的影响，不会随着浓度升高而变强。其次，我们还要关注周围环境的温度对铝合金材料抗腐蚀疲劳性能的影响，在一般情况下，温度对铝合金结构遭受侵蚀的影响各不相同，提高温度会导致材料抗腐蚀性能降低，如果温度变化不明显，造成的影响微乎其微。最后，我们研究外加疲劳载荷对铝合金结构腐蚀的影响，经过一系列的实验和研究，我们得出这个结论，对空气中的疲劳问题还是腐蚀环境下的疲劳问题，平均压应力可使疲劳强度提高，降低疲劳强度可以选择叠加在交变应力之上的平均拉应力。

三、腐蚀防护的对策与措施

（一）防腐蚀性设计

考虑防腐蚀要求可以大大减轻后期维修维护的难度，如果设计完美可以消除腐蚀可能造成的危害，真正的做到防患于未然，做到这些就能够实现真正意义上的的防腐蚀设计。接触网铝合金结构受到腐蚀发生在不同的时间段，零部件正常使用时可能会发生腐蚀，但经过事故排查会发现出现问题的原因可能是在各个时间段，所以我们要为不同时间段提供不同的解决方案，完善接触网的防腐蚀设计很重要。我们可以采取以下方法进行防腐蚀设计：

（1）对特殊部位进行特殊的防腐蚀设计，易腐蚀部位和结构提前做好充分保护，提高其使用的可靠性，增加使用寿命。

（2）如果无法改变周围的环境条件，面对恶劣的使用环境，考虑腐蚀因素并加以防范。

（3）我们可以从材料的制造工艺下手，不同的使用环境，随机应变的选择制造工艺。

（二）先进的防腐蚀材料

（1）我们选择一些去污能力较强的试剂，表面活性剂、有机缓蚀剂、无机缓蚀剂以及少量助剂，我们就可以很好地完成去污任务，并且对非金属材料造成的伤害小，有较强的稳定性能，还能够抑制零部件腐蚀的发生。组成成分较为环保，不含亚硝酸盐、磷酸盐、铬酸盐、聚磷酸盐，属于无毒材料可以放心使用，可以在接触网上大量的使用此类型材料，性能优良环保可靠。

（2）机体材料的孔隙中、结构的缝隙处由可能滞留水性腐蚀介质，我们要使用具有强劲的水置换性和渗透性的材料将其置换出来，然后形成致密的保护膜，这样就可以将腐蚀介质阻隔在外面，使用防护材料就可以做到。对已经发生腐蚀的材料，使用后能够做到延缓的作用，维护期间保证使用过的位置再无腐蚀。可以广泛使用在接触网上。

（三）加强日常的防腐蚀维护

腐蚀的处理成本，与腐蚀程度呈指数关系，越早发现腐蚀越容易控制，经济性越好。如何加强接触网日常的防腐蚀维护，首先，最重要的就是定时检查，发现问题后及时修复，做到把问题扼杀在萌芽阶段，零部件防护层厚度很薄，仅仅由镀层和表面涂层构成，敲打的力量过大就会破坏结构，并且容易出现划伤，需要我们小心谨慎的进行维护和检查，问题部位及时修补。如果不能第一时间修复损伤部位，可以先进行防腐剂的喷涂。若采取目前掌握的现代防腐技术，可以减少损失15％左右，延长使用寿命，所造成的利润也十分可观。

四、结语

接触网铝合金结构的腐蚀会贯穿高铁的整个服役期间，如果没有及时发现处理，会很快发展为严重的结构腐蚀，高铁运行安全。本文从接触网铝合金结构腐蚀情况入手，深入分析了国内环境，并总结腐蚀的特点，从中借鉴经验。在清晰了解接触网铝合金结构腐蚀控制发展情况，结合高铁情况，指出我国材料腐蚀现如今存在的问题,深入的研究腐蚀物对铝合金材料的腐蚀机理才能更好的做到科学有效的防腐蚀措施，进而杜绝隐患，确保每一次的安全运行，推动铁路事业的发展。

参考文献

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[3]杜洪增，《航空器机构修理》[M]，中国科学文化出版社，2021.

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[5]沈海军，《高强度铝合金腐蚀疲劳机理与腐蚀疲劳全寿命工程模型》[D]，西北工业大学，2020.