CN108956437A - 一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法 - Google Patents

一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法 Download PDF

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石瑞霞
戚广枫
董超芳
方志国
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Abstract

本发明提供一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法，包括对所述接触网构件进行周浸试验，所述周浸试验的干湿变化周期为30～40min。本发明提供的接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法，采用干湿交替的周浸试验更能模拟接触网构件的实际应用环境，加上试验温度、时间以及浸润溶液的选择，使加速腐蚀模拟试验方法更准确高效地模拟得到接触网构件应用在高温高湿高盐环境下的耐腐蚀性。

Description

一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路接触网表面防护领域，尤其涉及一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法。
背景技术
接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。接触网是铁路电气化工程的主构架，其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
投入使用前，需要对接触网构件的耐腐蚀性进行测试。现有的耐腐蚀试验方法一般采用基础试验《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》(GB/T10125-2012)进行测试研究，具体试验条件为试验设备：YWX/Q-016盐雾腐蚀试验箱，试验温度：35±2℃，盐雾溶液：NaCl 50±5g/L，盐雾沉降率：每80cm2面积(1.2-1.5)mL/h，试验时间：500小时。
但是，实际应用表明，采用现有的耐腐蚀试验方法得到的接触网构件的耐腐蚀寿命与在高温高湿高盐环境下的实际使用寿命相差甚远，所以急需一种新的耐腐蚀试验方法，使模拟得到的应用在高温高湿高盐环境下的接触网构件使用寿命更为可靠，更接近实际使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法，使模拟得到的使用寿命更接近于应用在高温高湿高盐环境下的实际使用寿命。
本发明提供一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法，包括对所述接触网构件进行周浸试验，所述周浸试验的干湿变化周期为30～40min。
上述技术方案中，通过研究发现，接触网构件迎风面与背风面腐蚀情况不一，迎风面腐蚀很严重，而背风面几乎变化不大，推断出列车驶过时，迎风面会由于高速气流通过从而表面会保持一定时间的干燥，之后又恢复湿润状态，当列车再次驶过，又经历干燥湿润的循环。因此，干湿交替的周浸试验更能模拟接触网构件的实际应用环境。而选择周浸试验的干湿变化周期为30～40min，模拟场景更为接近。
优选地，所述周浸试验的温度为50～60℃。
上述技术方案中，接触网构件在实际应用环境中的最高工作温度可达60℃，且若周浸试验的温度选择常温左右，接触网长时间内都不会腐蚀，评估效率低，所以选择温度为50～60℃。
更优选地，所述周浸试验的温度为50℃。
优选地，所述周浸试验的腐蚀液中硫酸根离子浓度和氯离子浓度分别为所述接触网构件实际应用环境中硫酸根离子浓度和氯离子浓度的10～15倍。
上述技术方案中，选择硫酸根离子浓度和氯离子浓度为实际应用环境中的10～15倍，既可以加快腐蚀模拟试验，提高效率，又可以使后续评估有依据更准确，且离子浓度过饱和对腐蚀速度有反作用。
优选地，所述腐蚀液的pH为所述接触网构件实际应用环境中的pH。这样选择pH一致，更有利于模拟效果的可靠性。
优选地，所述周浸试验的时间为20～30天。
在实际操作中，周浸试验的时间可根据接触网构件的涂层及基材损伤程度进行调整，最终周浸试验的时间也是接触网构件涂层体系耐腐蚀程度的评价标准之一。
作为一种具体的优选实施方式，本发明提供一种应用于广东狮子洋隧道海洋环境中的接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法，包括对所述接触网构件进行周浸试验，所述周浸试验的干湿变化周期为30～40min，所述周浸试验的温度为50℃，所述周浸试验的腐蚀液中硫酸根离子浓度和氯离子浓度分别为所述接触网构件实际应用环境中硫酸根离子浓度和氯离子浓度的10～15倍，所述周浸试验的时间为20～30天，所述腐蚀液的pH为所述接触网构件实际应用环境中的pH。
本发明提供的接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法，采用干湿交替的周浸试验更能模拟接触网构件的实际应用环境，加上试验温度、时间以及浸润溶液的选择，使加速腐蚀模拟试验方法更准确高效地模拟得到接触网构件应用在高温高湿高盐环境下的耐腐蚀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为空白试样在实施例1腐蚀液中的bode图；
图2为1号试样在实施例1腐蚀液中的bode图；
图3为2号试样在实施例1腐蚀液中的bode图；
图4为3号试样在实施例1腐蚀液中的bode图；
图5为4号试样在实施例1腐蚀液中的bode图；
图6为5号试样在实施例1腐蚀液中的bode图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种接触网构件在广东狮子洋隧道海洋环境中的加速腐蚀模拟试验方法，包括：
(1)根据前期采集的广东狮子洋隧道海洋环境数据(硫酸根离子和氯离子的平均含量分别为0.2135g/L和12.55g/L，现场环境中pH为6.28)，配制周浸试验所用的腐蚀液：
配制标准溶液A：
将六水合氯化镁，MgCl2·6H2O，3889g；
无水氯化钙，CaCl2，405.6g；
六水合氯化锶，SrCl2·6H2O，14.8g，溶于去离子水中并稀释到7L，保存在密封的玻璃容器中；
配制标准溶液B：
将氯化钾，KCl，486.2g；
碳酸氢钠，NaHCO3，140.7g；
溴化钾，KBr，70.4g；
硼酸，H3BO3，19.0g；
氟化钠，NaF，2.1g，溶于去离子水中并稀释到7L，保存在密封的淡黄色容器中；
本实施例中将试验溶液中硫酸根离子和氯离子浓度提高到13倍，分别为2.776g/L和163.2g/L，则Na2SO4和NaCl的浓度分别为4.1g/L和268.9g/L；
腐蚀液的配制：先在8～9L去离子水中加入41g Na2SO4和2689g NaCl，搅拌使其溶解，然后慢慢加入0.200L标准溶液A和0.100L标准溶液B，最后再加入去离子水稀释至10L，并且调节pH值至6.28；
(2)将接触网构件试样切割后，分别对试样采用酒精和去离子水清洗5分钟，以除去表面油污，然后对试样采用硅胶进行封边处理；
(3)设定周浸试验干湿交替周期为30min，周浸试验温度为50℃，周浸试验时间为30天，对试样进行周浸试验。
应用例1
采取实施例1的试验方法对表1中的接触网构件进行加速腐蚀模拟试验，其中各编号样件均为钢制件基底，区别在于防腐涂层体系。
表1用于加速腐蚀模拟试验的接触网构件
涂层厚度测试
在加速腐蚀模拟试验前，将表1中的各样件切取试样进行环氧密封处理，待试样固化后依次采用砂纸打磨至2000#，接着用2.5μm抛光膏抛光。采用扫描电子显微镜(FEIQuanta 250)进行截面观察，测试涂层厚度。结果1～4号样件厚度在150～200μm，5号样件厚度在40～50μm。
电化学交流阻抗谱测试(可采用低频区阻抗表示涂层对基底的保护作用)
首先做空白试样(没有表面涂层的钢制件基底)的电化学交流阻抗谱测试，测得空白试样在腐蚀液中的bode图如图1所示，以此数据作为对照数据。再分别测试表1中5种样件涂层在腐蚀液中的bode图(分别为图2～图6所示)，测试在室温下进行，测试频率从100kHz-10mHz，激励电位10mV，在开路电位下进行测试。测试周期分别为0d，3d，6d，9d，12d，15d，18d，21d，24d，27d，30d。在电化学测试过程，同时记录试样表面宏观形貌和表面颜色变化过程，其结果和加速模拟试验结果如表2所示。
从图1可以看出，在浸泡初期，基材阻抗值较小，约为303Ω·cm-2，随着浸泡时间的延长至6d时，阻抗逐渐增加，这主要是因为空白试样发生腐蚀，表面覆盖一层腐蚀产物所致；从宏观变化也可以看出浸泡6d后，试样表面有逐渐变黄的趋势，试样表面的颜色为黄色，为基材本身的铁锈，说明基材受损，随着浸泡时间继续延长，表面腐蚀逐渐加剧，表面覆盖腐蚀产物逐渐增加，表面颜色逐渐加深，基材受损继续加重，因而导致阻抗继续增加，在浸泡30d后，阻抗已达到4550Ω·cm-2。
从图2可以看出，在浸泡初期，涂层阻抗高达5.47GΩ·cm-2，随着浸泡时间的延长，涂层阻抗值逐渐降低，这是由于电解质溶液逐渐向有机填料(环氧封闭层涂料)中扩散所致，在浸泡后期，涂层阻抗变化较小，当浸泡30d时，涂层阻抗为70.7MΩ·cm-2；从宏观变化可以看出，涂层完好，并没有发生明显的腐蚀现象。
从图3可以看出，在浸泡初期，涂层阻抗值较大为2218Ω·cm-2，随着浸泡时间的延长，涂层阻抗值逐渐降低，但是值得注意的是浸泡3d-24d时间内，涂层阻抗值变化值不大，表明在这段时间，涂层并未发生明显的腐蚀现象，这与宏观变化相一致，但是当浸泡时间延长至27d时，涂层阻抗值相对于3-24d出现明显增加的现象，这可能与涂层发生腐蚀有关。
从图4可以看出，在浸泡初期，涂层阻抗较大，高达2636Ω·cm-2，随着浸泡时间的延长，涂层阻抗急剧减小，在浸泡15d后，阻抗降低至52Ω·cm-2，此后由于腐蚀引起阻抗出现上升的趋势；宏观变化显示表面同时有少量黄色和白色的锈蚀物，说明涂层被破坏，基材受损。
从图5可以看出，在浸泡初期，阻抗值较大，随着浸泡时间的延长，电解质不断渗入，导致阻抗值显著降低；从宏观变化可以看出，试样发生了明显的变色行为，并且颜色逐渐加深，在浸泡后期由于较为严重的腐蚀，导致溶液浑浊，阻抗值也表现出了上升的趋势。同时表面有大量黄色和少量白色的锈蚀物，说明涂层被破坏，基材受损严重。
从图6可以看出，阻抗值在浸泡后期达到较高值，这与腐蚀产物对电化学反应的阻碍作用有关；从宏观变化可以看出在浸泡初期，涂层表面平整光洁，浸泡9d后试样逐渐发生腐蚀，颜色加深，表面可见明显局部腐蚀区。随着浸泡时间的延长，腐蚀程度加重，同时表面有大量黄色和白色的锈蚀物，说明涂层被破坏，基材受损严重。
表2加速腐蚀模拟中试样宏观形貌及电化学交流阻抗谱测试结果
由上述结果可以看出，电化学阻抗谱测试结果与加速腐蚀模拟试验结果具有较好的一致性，说明加速腐蚀模拟试验的可靠性。
对比例1
采用背景技术部分提到的《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》对表1中的5种涂层耐腐蚀性进行研究，盐雾试验结果如表3所示。
表3盐雾试验结果
由表3可以看出，经过盐雾试验500小时后，各试样基本未见明显锈蚀，与应用在高湿高温高盐环境下情况严重不符。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种接触网构件的加速腐蚀模拟试验方法，其特征在于，包括对所述接触网构件进行周浸试验，所述周浸试验的干湿变化周期为30～40min。
2.根据权利要求1所述的加速腐蚀模拟试验方法，其特征在于，所述周浸试验的温度为50～60℃。
3.根据权利要求2所述的加速腐蚀模拟试验方法，其特征在于，所述周浸试验的温度为50℃。
4.根据权利要求1至3任一项所述的加速腐蚀模拟试验方法，其特征在于，所述周浸试验的腐蚀液中硫酸根离子浓度和氯离子浓度分别为所述接触网构件实际应用环境中硫酸根离子浓度和氯离子浓度的10～15倍。
5.根据权利要求4所述的加速腐蚀模拟试验方法，其特征在于，所述腐蚀液的pH为所述接触网构件实际应用环境中的pH。
6.根据权利要求5所述的加速腐蚀模拟试验方法，其特征在于，所述周浸试验的时间为20～30天。
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