浅谈轨道交通用铝合金如何防腐

浅谈轨道交通用铝合金如何防腐

李正文 闫磊

铭帝集团有限公司，陕西铜川，727100

摘要：6101B导电类汇流排、铝轨，既要满足导电性能，保证力学性能，同时要达到应力腐蚀与剥落腐蚀要求，首先从合金成分配比调整到最合理状态，再从铸锭生产工艺、挤压生产工艺进行优化，以及合理的热处理工艺，尤为关键的是汇流排、铝轨表面的防腐措施，为了保证12米汇流排、15米铝轨的外表面抗腐蚀，必须对汇流排、铝轨表面进行阳极氧化，使表面生成氧化膜层。

关键词：电导率；力学性能；应力腐蚀；剥落腐蚀；强化相Mg2Si；晶格畸变、溶解度；在线除气；晶粒度；阳极氧化；钳口位置

随着轻量化的发展，以铝代钢的领域愈加广泛，轨道交通用铝亦是越来越多，高铁、地铁的不断发展，导电用铝导轨、汇流排用量增加，使用长度12米至15米，但是在隧道中使用环境潮湿，大部分汇流排、铝导轨表面未做氧化等表面处理，长期在潮湿环境中容易产生表面腐蚀，如何对汇流排、铝导轨做好防腐，浅谈如下几点：

1. 作为导电类铝合金产品，首选合金6101B，导电性能好，在20℃环境下，电导率能达到32mS/m以上，目前是轨道交通导电用铝最佳合金，同时6101B为可强化合金，T6状态抗拉强度能达到215MPa以上，屈服强度达到160MPa以上，延伸率达到10%以上，因此既要满足导电性能，保证力学性能，同时要达到应力腐蚀与剥落腐蚀要求，首先从合金成分配比调整到最合理状态，再从铝棒生产工艺、挤压生产工艺进行优化。  

    2. 合金成分的配比：

强化相Mg2Si总量范围0.71%-0.87%，配置Si过量约0.15%，Si 过量6101B合金时效后，过剩Si原子会从基体中析出，减小基体的晶格畸变，有利于导电性能的提高；过剩Si的存在可与有害元素Fe反应，并促进B”相的析出，增强合金时效强化效果与速率。如果Mg过量6101B合金时效后，由于Mg在Al基体中有很大的固溶极限，大量的过剩Mg依然存在于基体中，在增加基体畸变程度的同时还会降低强化相在基体中的溶解度，使强化相容易从基体中析出并长大粗化，对合金时效强化的效果和导电率有不利的影响，因此选择硅过量。

3. 铸锭生产中，采用在线除气，减少氢含量，提高溶体纯净度，因为金属在凝固的过程中，氢的析出导致气孔、疏松等缺陷，这将会严重影响合金的力学性能以及耐腐蚀性能。实验检测生产6101B合金，铝液除气前含氢量为0.3-0.35ml/100g，除气后为在0.15ml/100g以下，明显减少氢含量，提高铸锭质量；熔体精炼过程中的除气除渣，保证熔体更加纯净，同时做好在线晶粒细化，采用Al-5Ti-B晶粒细化剂，添加按照约1.5kg/吨，低倍组织检测达到一级晶粒度，避免组织发生晶间腐蚀。

4. 挤压生产中，控制铸锭加热温度与出料口温度，避免出现过烧，良好的淬火要效果，6101B合金虽然淬火敏感性不强，采用强风冷淬火，如果淬火不良产生固溶体得不到固溶，出现力学性能达不到，产生晶粒粗大，降低材料抗腐蚀性。

5. 热处理，选择合适的热处理工艺，保证GP区内强化相弥散析出，如果选择温度过低，弥散困难，GP区难以形成，热处理后强度与硬度低，如果温度过高时，扩散容易进行，但是过饱和固溶体中沉淀相的临界成核尺寸增大，时效强度与硬度降低，同时抗腐蚀性能下降。

6.型材表面的防腐处理，6101B铝合金挤压型材表面没有保护层，在一定环境下容易氧化或腐蚀，目前国内12米汇流排大部分未做表面处理，主要是因为国内没有超长氧化线，为了解决该问题，我公司于2021年安装一条15米超长氧化线，由于阳极氧化后汇流排钳口位置与铜导线接触位置影响导电性能，因此公司研发部门组织研发，对汇流排钳口位置与汇流排连接位置进行防护，氧化过程中避免了电解液与汇流排型材钳口位置、连接位置的接触，氧化后经过检测型材表面氧化膜达到AA15级，封孔质量达到国标，汇流排钳口位置与连接位置无氧化膜，保证了客户使用需求。

图1  汇流排表面没有防腐功能，隧道中潮湿环境出现表面腐蚀斑痕。

图2汇流排钳口部位

图3汇流排连接部位

图4 汇流排氧化

5. 结束语

随着轻量化的发展，轨道交通用铝、汽车用铝，以及各类工业用铝越来越多，使用环境越来越复杂，对多变的环境下，对产品要求越来越高，因此在合金成分的配比、生产工艺的制定要求更加的科学、合理。随着铝行业的发展，我公司也不断的研发、创新，在高端铝制品的发展中更进一步。

参考文献：

[1]梁世斌.吴维光.王国军，《铝合金挤压加工技术手册》，中南大学出版社，2019

[2]叶於龙.过量Mg、Si元素对6101铝合金电工导线性能的影响及机制探究[D].中南大学,2014.

作者简介：李正文（1982），男，四川乐山人，祖籍甘肃渭源县，专科，主要从事铝合金型材生产工艺技术与产品质量，任职铭帝集团有限公司质量工程师兼工艺技术部经理。