1050A铝合金导体材料在模拟典型大气环境中的腐蚀行为与导电性能

Corrosion behavior and electrical conductivity of 1050A aluminum alloy conductor materials in simulated typical atmospheric environments

摘要

本工作研究了模拟海洋大气与工业大气环境中1050A铝合金导体材料的腐蚀行为及导电性能。通过干湿周浸实验和失重法研究了1050A铝合金导体材料在模拟海洋大气与工业大气环境中的腐蚀规律。采用超景深显微镜与光学轮廓仪观察分析了铝合金的腐蚀形貌，分别利用微欧计、电导率测试仪和数字电桥测试了铝导体的导电性能。此外还探索了腐蚀失重、腐蚀速率、表面粗糙度、点蚀坑深度与直径等腐蚀参数的发展变化规律。研究表明：在模拟海洋大气环境下，1050A铝导体腐蚀失重较小，点蚀特征明显，最大点蚀坑深度与最大点蚀坑直径分别达到36 μm和80 μm；而在模拟工业大气环境下，1050A铝的点蚀坑呈现分散分布，点蚀参数发展无明显规律，腐蚀失重倾向于均匀发展趋势。研究发现，2种典型大气环境中随着腐蚀的发展1050A铝合金导体构件的导通电阻与20 ℃电阻值均明显增大，导电性能显著下降。模拟海洋大气及工业大气环境下铝导体的腐蚀行为与发展规律具有显著差异，模拟海洋大气环境下的铝导体点蚀特征明显，导电性能与点蚀坑深度密切相关；而模拟工业大气环境下的铝导体腐蚀失重呈单调发展，导电性能与腐蚀失重具有较高的相关性。因此，可通过点蚀坑深度与腐蚀失重参数分别进行铝导体材料在海洋大气与工业大气环境下导电性能发展趋势的预测。

Abstract

The corrosion behavior and electrical conductivity of 1050A aluminium alloy conduct materials in simulated marine and industrial atmosphere are studied in this paper. Cyclic wet-dry immersion test and mass loss measurement are carried out to investigate the corrosion behavior of 1050A aluminium conduct material. The corrosion morphology of aluminium is observed and analyzed by using ultra-depth field microscopy and optical profilometer. The electrical properties are tested by micro-ohmmeter， conductivity testing meter， and digital bridge， respectively. In addition， the development and variation of corrosion parameters such as corrosion mass loss， corrosion rate， surface roughness， and pit depth and diameter are explored. Under the simulated marine atmospheric environment， it is found that the corrosion mass loss of 1050A aluminium is small and the pitting characteristics are obvious， the maximum corrosion pit depth and diameter can reach 36 μm and 80 μm respectively. However， in the simulated industrial atmospheric environment， the corrosion pits of 1050A aluminium are dispersed and the development of pitting parameters is not obvious， while the corrosion mass loss has the development trend of uniform corrosion. Moreover， the on-resistance and 20 ℃ resistance values of 1050A aluminium conductor parts increase obviously， and the conductivity decreases significantly with the development of corrosion in two typical atmospheric environments. In summary， the corrosion behavior and development law of aluminium conductors in simulated marine and industrial atmosphere are significantly different. The pitting corrosion characteristics of aluminium conductors are obvious， and the conductivity is closely related to the depth of corrosion pits in simulated marine atmosphere. However， the corrosion mass loss of aluminium conductor develops monotonously， and the conductivity has a high correlation with the corrosion mass loss in simulated industrial atmosphere. Therefore， the development trend of electrical conductivity of aluminium conduct materials in marine and industrial atmosphere can be predicted by pit depth and corrosion mass loss parameters respectively.

Graphical abstract

关键词

铝导体材料 / 腐蚀 / 干湿周浸 / 点蚀 / 导电性能

Key words

aluminum conducting material / corrosion / cyclic wet-dry immersion test / pitting corrosion / electrical conductivity

铝合金由于其密度低、综合力学性能好、易于加工、耐蚀性好等特点，在航空航天、交通运输、汽车工业等领域作为结构材料获得了大量应用，同时铝及铝合金由于导电导热性好的优点也被广泛应用于断路器、电抗器、隔离刀闸、电力金具、架空导线、管母线及气体绝缘全封闭组合电器（gas insulated switchgear，GIS）等电网导体构件中^［1-3］。导体构件是直接承担电能输送的关键构件，其稳定良好的服役性能对电网可靠运行具有至关重要的作用。随着“以铝代铜”及“轻量化”等战略的不断深入推进，具有良好性能的铝及铝合金逐渐成为电网系统中用量最大的有色金属。

随着铝合金应用场景的增多，人们对铝合金耐蚀性的要求逐渐提高。近年来由于气候环境的劣化，铝合金在大气环境中的腐蚀问题已成为广泛关注和深入研究的课题。铝及铝合金的大气腐蚀是一种薄液膜下特殊形式的电化学腐蚀，腐蚀形式以点蚀、晶间腐蚀以及变形铝合金特有的剥层腐蚀等局部腐蚀形态为主。在含有氯离子等侵蚀性阴离子的潮湿大气环境中，铝合金表面钝化膜发生局部破坏从而导致点蚀的产生^［4-5］。一些变形铝合金由于存在纤维状组织，初期的点蚀逐步发展为晶间腐蚀，具有明显的剥层腐蚀倾向，导致铝合金强度、塑性严重下降^［6-7］。由于铝合金的大气腐蚀过程缓慢，目前学者多采用阻抗谱、极化曲线等电化学手段监测各牌号铝合金腐蚀的发展，推动了铝合金的腐蚀机理研究。李丽等^［8］采用电化学阻抗谱研究了1050A铝合金在模拟海洋大气环境下的腐蚀行为，发现实验周期内1050A阻抗值总体呈现下降趋势，表明了加速腐蚀的过程。孙晓光等^［9-10］研究了高铁用Al-Mg-Si合金模拟工业大气环境下的腐蚀疲劳特征，并采用电化学手段研究了6系铝合金在盐溶液中点蚀的发展过程，揭示了表面沉积膜层对铝合金点蚀的协同抑制机理，从而提出了6系铝合金有效的腐蚀防护方法。杜娟等^［11］采用相移和电化学阻抗谱组合法研究了7A04铝合金在不同pH值盐溶液中应力腐蚀裂纹的萌生及扩展规律，为高强铝合金应力腐蚀开裂机理研究提供了依据。

1050A属于工业纯铝，具有优异的延展性、导电性及导热性等，通过重熔精炼降低杂质元素含量可用于电力行业，称为电工铝，广泛应用于电气设备中的导流部件。在高压电力系统中，电工铝通常直接裸露使用，这是由于其表面致密氧化膜的隔绝作用使其具有良好的耐大气腐蚀性，因而铝导体材料的大气腐蚀常被忽略。然而铝的氧化膜在氯离子和酸性条件下容易发生溶解，从而失去保护作用，引起铝的快速腐蚀。在海洋环境和工业污染环境下，电工铝的耐蚀性明显下降^［12-13］。电网输变电设备分布跨度大、地域广，暴露于恶劣大气环境的铝合金导体部件使用比例高，长期遭受大气环境腐蚀，腐蚀部位的隐蔽性及腐蚀程度的累加引起损伤失效的突发性给设备带来极大安全隐患，例如，铝合金触头、接续金具等构件因腐蚀引起接触电阻增大、铝绞线断股、线夹接头异常温升等故障^［14-16］，服役寿命远低于设计使用寿命。

目前针对电网用铝及铝合金的大气腐蚀研究多集中于现场腐蚀调研及案例分析，进而提出腐蚀防护对策^［17-18］。夏晓健等^［19］通过对福建辖属变电站设备进行勘察，发现户外GIS铝合金壳体、电流互感器法兰及接线板腐蚀严重，分析了铝及铝合金构件的腐蚀机理，认为造成变电站用铝腐蚀严重的主要原因是材质选型不当与电偶腐蚀，并提出铝及铝合金构件的主要防腐措施。经过对铝合金构件的腐蚀失效分析，张增广等^［20］通过实际案例分析了变电站铝及铝合金腐蚀部位、腐蚀原因及腐蚀类型，建议从选材、结构设计、防护涂层等方面开展电网用铝及铝合金的腐蚀防护。有研究通过对电网铝合金部件进行腐蚀失效分析，揭示污染大气环境下铝合金部件腐蚀失效原因与机理，验证电网用铝及铝合金选材的重要性与关键性^［21-23］。随着对输变电设备大气腐蚀的关注，研究人员采用实验室加速手段开展电网用铝及铝合金的腐蚀行为研究，用以指导典型大气环境中电网设备铝合金的选材和防腐设计^［24-26］。

本工作通过实验室周浸实验模拟了海洋与工业污染大气腐蚀环境下1050A铝合金导体材料的腐蚀行为，提取了铝合金导体材料的腐蚀特征参数，获得了2种大气环境下铝合金导体材料的腐蚀发展趋势及其对部件导电性能的影响规律，掌握了铝合金导体材料在典型大气腐蚀环境的腐蚀发展特性。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验室加速腐蚀实验对象包括1050A铝平板试样、结构部件接线板、导线单丝试样，其中铝平板试样与接线板由武汉材料保护研究所有限公司提供，供应状态为退火状态；导线单丝来自于江苏南瑞银龙电缆有限公司。平板试样尺寸为50 mm×50 mm×2 mm，接线板试样单板尺寸为80 mm×110 mm×10 mm，两片单板叠加错开布置，采用螺栓紧固，使用力矩扳手拧紧，力矩为50 N∙m。铝导线单丝线长1.5 m，理论线径3.22 mm。1050A铝合金材料成分如表1所示。

1.2 实验方法

实验前需彻底清洗试样，先用无水乙醇将试样表面擦洗两遍去掉油污，再用去离子水清洗，冷风吹干置于干燥器中24 h，采用精度为0.1 mg的天平称取质量。

采用干湿周浸方法开展铝导体材料在模拟海洋与工业大气环境下的实验室加速腐蚀实验。周浸实验参照GB/T 19746—2018《金属和合金的腐蚀 盐溶液周浸试验》所述条件进行。采用3.5%（质量分数，下同）NaCl、0.05%Na₂SO₄的盐溶液模拟海洋大气环境，0.1%NaCl、1%NaHSO₃的盐溶液模拟工业大气腐蚀环境。其中浸泡阶段：30 ℃，10 min；干燥阶段：30 ℃，50 min；每1 h进行1次循环。

取样周期设为96、240、480、960 h。每个实验周期取固定试样观察宏观腐蚀形貌。取3个平行试样观察微观形貌，并计算腐蚀失重。依据标准GB/T 16545—2015《金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除》进行除锈。将腐蚀后的铝试样置于80 ℃下50 mL H₃PO₄、20 g CrO₃、1 L H₂O配制的除锈液中5~10 min，从除锈液中取出试样，立即用去离子水冲洗并用酒精擦拭后吹干，置于干燥器中24 h，称重，计算腐蚀失重与腐蚀速率。

1.3 检测方法

利用失重法计算铝合金的腐蚀失重与腐蚀速率。其中除锈前腐蚀失重计算公式为式（1），除锈后腐蚀失重计算公式为式（2），腐蚀速率计算公式为式（3）：

\mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{1}}=\frac{m_{\mathrm{0}}-m_{\mathrm{r}}}{S}（1）

\mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{2}}=\frac{m_{\mathrm{0}}-m_{\mathrm{d}}}{S}（2）

v=\frac{\mathrm{365}\times \mathrm{24}\times \mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{2}}}{t}（3）

式中：m_{\mathrm{0}}为试样初始质量；S为试样腐蚀面积；m_{\mathrm{r}}为腐蚀后质量；\mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{1}}为除锈前腐蚀失重，mg/cm²，其中模拟海洋大气环境下腐蚀增重值为\mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{1}}的绝对值；m_d为除锈后质量；\mathrm{\Delta }{m}_{\mathrm{2}}为除锈后腐蚀失重，mg/cm²；t为腐蚀时间，h；v为腐蚀速率，mg/（cm²·a）。最终腐蚀失重与腐蚀速率为3个平行试样计算结果的平均值。

采用佳能相机（G15）拍摄腐蚀前铝合金试样的宏观形貌。利用超景深显微镜（Hankon HSV-6300）与光学轮廓仪（Bruker contour GT-I）观察分析除锈后腐蚀试样的典型三维微观形貌图，同时利用光学轮廓仪分析腐蚀试样表面粗糙度、点蚀坑直径与点蚀坑深度等相关点蚀参数。点蚀参数以3个平行试样为依据，观察区域涉及试样整个表面（5 cm×5 cm），测量最大点蚀坑直径及深度，其中模拟海洋大气环境下需统计深度大于5 μm的点蚀坑，对不同周期的试样进行点蚀坑数量统计、点蚀坑深度与直径的平均值计算。使用便携式微欧计（METRELMI3252 100 A）检测接线板导通电阻，仪器量程为100 nΩ~20 Ω，测试电流为100 mA~100 A。采用手持式电导率测试仪（SIGMASCOPE SMP10）检测试样的电导率。利用数字电桥（QJ36B-2A）按照标准GB/T 3048.2检测铝绞线单丝20 ℃电阻值，实验室检测温度保持在20~23 ℃。

2 结果与分析

2.1 腐蚀形貌

图1为模拟海洋和工业大气腐蚀环境下1050A平板试样的宏观照片。可以看出，未腐蚀铝合金试样表面平整、光亮。模拟海洋大气腐蚀环境下的铝导体表面光泽度变化较小，即使实验时间至480 h时，试样表面仍然光亮，这证明了铝导体材料本身具有较好的耐蚀性。然而，随着周浸时间的延长，铝导体材料表面出现了类似磨损的印迹，960 h腐蚀试样表面出现了肉眼可见的坑点。此外，从试样激光标号处可以发现，腐蚀更容易从缺陷处发生。而在模拟工业污染大气环境下，随着加速腐蚀时间的延长，铝导体试样表面光泽度逐步下降，加速腐蚀时间为240 h的试样出现明显腐蚀斑点。随后，腐蚀斑点面积扩大，当加速实验进行到480~960 h时，试样表面呈磨砂状，块状及点状腐蚀斑已经连接成片，布满整个试样表面。以往研究表明，铝合金在受到腐蚀时通常会首先发生点蚀，随着腐蚀时间的延长，蚀坑数量增多，蚀坑尺寸增大。2种环境下铝导体试样腐蚀宏观照片差别较大，这与铝导体表面氧化膜对Cl^-及HSO{}_{\mathrm{3}}^{-}具有不同的敏感性有关^［7］。

图2为模拟海洋与工业大气环境下加速腐蚀960 h铝导体试样的三维微观形貌。综合分析2种形貌图可知，在模拟海洋大气环境加速腐蚀960 h时，试样表面已出现较大的腐蚀坑，直径可达亚毫米级，点蚀坑在试样表面的扩展并不均匀，更倾向于零星分布。已形成的点蚀坑通常会优先生长，从而导致单个点蚀坑的尺寸较大。然而，在模拟工业大气环境下，试样表面的点蚀坑分布相对均匀、分散，尺寸较海洋大气环境下小，不同点蚀坑之间的尺寸差别小。采用超景深显微镜与轮廓仪对铝表面腐蚀状态的分析结果一致。

由图2（a），（b）可知，铝导体在模拟海洋大气环境下点蚀特征明显，点蚀的发生起因于铝合金表面钝化膜受到局部破坏。铝合金在Cl^-环境下具有较强的腐蚀敏感性，Cl^-极易破坏铝合金表面的氧化膜，引起点蚀或晶间腐蚀为主的局部腐蚀。由于铝对氧极好的亲和性，当铝与空气接触时，会在较短时间内氧化形成一次致密坚硬且连续完整分布于表面的天然氧化物Al₂O₃薄膜，该薄膜处于有水存在的环境中会发生转化，形成Al（OH）₃。在模拟海洋大气环境中，大量存在的Cl^-，会优先集中吸附在氧化膜的加工缺陷和成分缺陷处，由于其半径较小，且电负性更大，同OH^-相比，在与Al³⁺的结合过程中处于优势地位，缺陷处氧化物薄膜不断被氯化，直至遇到底层金属基体。反应过程如式（4）所示。氧化膜被穿孔后，Cl^-经点蚀通道可直接与裸露在薄液膜下的活泼性铝基体发生电化学腐蚀，促进点蚀孔向纵深方向发展^［4，18］。

\mathrm{A}\mathrm{l}{\left(\mathrm{O}\mathrm{H}\right)}_{\mathrm{3}}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to \mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}（4）

然而，由图2（c），（d）可知，铝导体材料在模拟工业大气环境下点蚀特征并不明显。铝及铝合金表面氧化膜在发生腐蚀的过程中逐渐被Al（OH）₃膜层覆盖，而该膜层在酸性环境下会逐渐分解，以至全部溶解。模拟工业大气环境的腐蚀溶液由于高浓度NaHSO₃的存在呈现强酸性，强酸环境下的H⁺可与整个铝表面的氧化膜直接发生反应致使其发生破坏，且1%NaHSO₃周浸溶液腐蚀后铝表面的氧化膜可发生较大面积的破坏，进而造成裸露铝基体的溶解。进一步地，薄液膜中SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}与基体溶解产生的Al³⁺结合生成稳定的硫酸盐络合物，反应过程如式（5），（6）所示。另外，由于该种腐蚀产物不溶于水，覆盖在铝基体表面，对铝基体具有一定的防护作用，可减轻点蚀的纵深发展^［27］。因而，铝导体在含有高浓度亚硫酸盐的模拟工业大气环境下更倾向于全面腐蚀。

\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}+[\mathrm{O}]\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+{\mathrm{H}}^{+}+\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}（5）

\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{\mathrm{3}+}+\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}\to \mathrm{A}{\mathrm{l}}_x(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{)}_y{(\mathrm{O}\mathrm{H})}_z（6）

2.2 腐蚀发展特征

无论是自然环境腐蚀实验站的暴露法，还是室内加速腐蚀实验的模拟法，通常采用腐蚀失重来表征铝合金的腐蚀发展规律^［28］，不同大气环境下铝合金的腐蚀机制不同，采用单一的腐蚀速率评价铝合金腐蚀发展规律有失偏颇。铝导体构件长期暴露于大气腐蚀环境中，并持续受到电力系统独有的温度场、电磁场的综合作用，即使在设计使用周期内，也会导致有效载流面积减小，服役性能下降。通过对某些腐蚀参数变化规律的监测可动态掌握铝导体的腐蚀发展特征。

图3（a）为模拟海洋大气环境下与试样质量相关腐蚀参数的变化规律，可以看出，在模拟海洋大气腐蚀环境下，腐蚀后未除锈的试样呈现增重现象，当实验时间小于480 h时，腐蚀增重变化较小；当周浸时间由480 h延长至960 h时，增重明显。分析除锈后试样质量可发现，当腐蚀时间小于480 h时，即使除锈后平板试样质量也有所增加，且随实验时间增加，增重减缓；经960 h腐蚀后，除锈后的试样出现显著减重，这说明平板试样在模拟海洋大气腐蚀实验960 h时发生了明显腐蚀。接线板试样腐蚀失重发展规律与平板试样基本相同，在480 h之前腐蚀引起的质量变化并不显著，而在960 h才明显增大。依据腐蚀失重数值计算的腐蚀速率逐渐增大，且实验前半周期试样出现增重现象，在960 h之前试样腐蚀速率非常小。

铝合金的腐蚀发展涵盖了全面腐蚀、点蚀、晶间腐蚀及剥层腐蚀等多种类型，腐蚀特征参数根据服役环境的不同具有一定的差异，并随着腐蚀进程的发展不断变化。显然，在模拟海洋大气环境下，铝导体腐蚀以点蚀为主，且实际腐蚀失重绝对数值较小，易受其他因素干扰，导致计算所得腐蚀速率变化无常。因此，仅单一采用腐蚀失重或腐蚀速率作为腐蚀特征参数来表征模拟海洋大气环境下的铝导体发展进程具有一定的片面性。

图3（b）为模拟工业大气环境下与试样质量相关参数的变化规律。可以看出，在模拟工业大气腐蚀环境下，无论是除锈前后，铝导体试样均发生明显失重现象。且随实验进行，腐蚀失重值呈线性增加。这主要是由于在模拟工业大气环境的腐蚀介质中，表面液膜中的亚硫酸氢根逐步氧化分解反应生成H⁺与SO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}，氢离子与试样表面的氧化膜反应，导致氧化膜破坏、裸露的铝基体溶解，进而造成试样质量减少。除锈后试样失重值与除锈前的变化趋势相同，只是失重绝对数值上较除锈前增大约1倍，这是由于试样经除锈处理后，试样表面沉积的腐蚀产物脱落，质量损失变大。由接线板的腐蚀失重曲线可以看出，随着加速时间的延长，腐蚀失重逐渐增加，最终趋于稳定。模拟工业大气环境铝导体腐蚀速率分布在7~10 mg/（cm²·a）的范围，且总体呈现先增大、后减小的趋势，这与全面均匀腐蚀的特点相一致。因此，模拟工业大气环境下，可利用腐蚀失重直接相关参数作为表征铝导体发展进程的腐蚀特征参数。

图4为模拟2种典型污染大气腐蚀环境下试样表面粗糙度值与点蚀参数的发展变化趋势图。由图可知，2种典型大气环境中铝导体试样表面粗糙度值均随着加速时间的延长而逐渐增大，而模拟工业大气环境下试样的表面粗糙度增加幅度更大。如前文所述，模拟海洋大气腐蚀环境中的Cl^-优先吸附于铝导体表面氧化膜缺陷处，使其产生点蚀等局部腐蚀，并且点蚀首先集中朝深度方向发展，而大直径的点蚀坑会引起粗糙度绝对值的增加。模拟工业大气环境中的亚硫酸氢根离子引起的试样表面液膜酸性提高，导致氧化膜腐蚀溶解，形成岛状的难溶硫酸盐腐蚀产物，宏观上呈现凹凸不平的形貌^［29］，明显提高了铝导体表面的粗糙度。

通过比较2种环境下试样的点蚀参数可以得到，随着腐蚀时间的延长，点蚀特征愈加明显，最大点蚀坑直径和深度均增大。而且，模拟海洋大气环境下腐蚀试样的点蚀坑无论是直径还是深度都比模拟工业大气环境中大，甚至在相同实验周期下前者的点蚀坑深度达到后者的5倍，在加速960 h后点蚀坑直径可达80 μm，深度达36 μm。在模拟工业大气环境下的铝导体点蚀坑直径在增大，然而点蚀深度变化并未单调发展，呈现波动趋势。

显而易见，点蚀是模拟海洋大气环境下铝导体发生腐蚀的缺陷特征，因而将点蚀坑参数发展进行统计分析，如图5所示，仅统计深度为5 μm以上的点蚀坑数量。可以明显看出，当腐蚀时间为96 h时，铝导体的腐蚀痕迹较轻，未检测到点蚀坑的相关数据。随腐蚀时间增加，铝导体产生点蚀坑数量呈现单调增多的规律。而点蚀坑平均面积及平均深度在腐蚀时间480 h以内时急剧增大，继续延长腐蚀时间，其增大趋势变缓。这说明在腐蚀初期，在数量增多的同时，点蚀坑自身尺寸同时逐渐增大。继续延长腐蚀时间，点蚀坑的发展倾向于数量的持续增加。

2.3 铝导体构件导电性能

大气腐蚀可造成铝导体部件有效截面积减小，从而导致部件承载应力增大、单位截面载流量增加、接触电阻增大等。1XXX系列铝合金由于具有较好的导电性，在电网系统中被广泛用于导流部件，本工作选用1050A铝合金制成接线板与铝绞线单丝进行加速腐蚀实验，采用导电性能作为评价1系铝导体构件关键服役性能指标，研究了接线板构件的导通电阻和电导率值及导线单丝在20 ℃时的电阻随腐蚀时间的发展变化趋势。

图6为模拟2种大气腐蚀环境下接线板导电性能的变化趋势图。可以看出，在2种大气腐蚀环境下，导通电阻增大值随腐蚀时间的延长均逐渐增大，在整个腐蚀实验周期的中期阶段，导通电阻增幅缓慢，在加速腐蚀实验的初期和末期，导通电阻增速较快。在腐蚀初期，铝表面生成了具有一定厚度的氧化膜，腐蚀环境导致氧化膜的成分发生变化，接线板的接触面附着腐蚀产物层及污染物层，使得接线板有效接触面积减小，导通电阻得到提升；随着腐蚀时间的延长，腐蚀形式逐渐以点蚀坑的出现（模拟海洋大气环境）或铝基体的裸露（模拟工业大气环境）为主，数量少、尺寸小的点蚀坑对导通电阻影响较小，而裸露的铝基体在一定程度上可以增加接线板的接触面积，因此，腐蚀中期导通电阻值变化较小。继续延长腐蚀时间，模拟海洋大气环境下铝导体点蚀坑面积持续增大，而模拟工业大气环境下铝导体表面腐蚀产物越来越多，这都可直接导致铝导体构件导通电阻的提升。

采用涡流法测试了铝接线板的电导率。未腐蚀铝导体试样的电导率值可达60%IACS，随着腐蚀时间的延长，受到表面腐蚀产物的影响，电导率值呈现波动变化，然而电导率值仍然维持58.8%IACS以上的较高水平。

表2为模拟典型大气腐蚀环境中单丝试样20 ℃电阻率与电阻值。可以看出，当实验时间在480 h内时，2种环境下的试样20 ℃电阻率变化幅度都较小，均可满足GB/T 17048—2009《架空绞线用硬铝线》不高于28.264 nΩ·m的指标。随着腐蚀时间延长至960 h时，电阻显著增大，不再满足标准使用要求。这是由于铝导体的载流量与导体截面积直接相关^［30］，随着腐蚀程度的增加，无论是由于点蚀还是表面腐蚀产物的影响，均会造成导体有效载流面积下降，使得导电性能降低。在模拟海洋大气腐蚀环境下，铝合金材料发生点蚀，在导线表面中产生大量的点蚀坑，造成有效导通截面积减小，从而增加电阻、降低导电性；而在模拟工业大气腐蚀环境中的腐蚀试样表面覆盖较多不溶性羟基硫酸盐的不导电腐蚀产物，使得电阻增大、导电性降低。

2.4 导电性能-腐蚀参数相关性分析

根据上述讨论分析，提取平均腐蚀坑深度、最大点蚀坑深度与最大点蚀坑直径等点蚀坑参数以及腐蚀失重为模拟典型大气腐蚀环境下1050A铝导体材料的腐蚀参数。考察接线板导通电阻、导线单丝20 ℃电阻值为铝导体材料的导电性能。将导通电阻提升百分比与20 ℃电阻提升百分比分别对各腐蚀参数进行拟合分析，得到相关性系数，根据相关系数的大小可以衡量腐蚀参数对导电性能的影响程度。根据模拟典型大气腐蚀环境下1050A的腐蚀参数相关数据，进行导电性能-腐蚀参数相关性分析，将导电性能-腐蚀参数之间的相关性系数列于表3。通过对比相关系数的大小，发现模拟海洋大气环境下，1050A铝接线板导通电阻提升百分比与平均点蚀坑深度以及最大点蚀坑深度之间的相关系数较大，铝导线单丝20 ℃电阻提升百分比与平均点蚀坑深度具有较高的相关性。而模拟工业大气腐蚀环境下1050A铝接线板导通电阻提升百分比和导线单丝20 ℃电阻值提升百分比均与腐蚀失重具有较高的相关系数，这表明了在模拟海洋大气环境下，点蚀坑深度对铝导体构件的导电性能影响较大；而在模拟工业大气环境下，腐蚀失重对铝导体构件导电性能具有较高的影响程度。

因此，在模拟海洋大气腐蚀环境下，点蚀与点蚀坑深可分别作为铝导体材料的腐蚀缺陷特征与腐蚀特征参数，铝导体构件的导电性能与点蚀发展密切相关，从而可以构建铝导体导电性能-点蚀坑深的关系模型，根据点蚀坑深的演化趋势进行导电性能的发展预测。在模拟工业大气腐蚀环境下，腐蚀失重可作为铝导体材料的腐蚀缺陷及腐蚀特征参数，通过建立腐蚀失重与铝导体导电性能参数的关系，可利用腐蚀失重实现铝导体导电性能的有效预测。

3 结论

（1）1050A合金在2种模拟典型大气环境中腐蚀形貌差别较大。模拟海洋大气环境下1050A铝导体的点蚀特征明显，呈集中发展，而模拟工业大气环境下1050A铝导体的点蚀参数发展无明显规律，腐蚀发展倾向于均匀腐蚀。

（2）提取点蚀坑相关参数为模拟海洋大气环境下铝导体材料的腐蚀特征参数，随着腐蚀时间的延长，点蚀坑数量、平均点蚀坑面积及深度均逐渐增大；腐蚀失重为模拟工业大气环境下铝导体材料的腐蚀特征参数，随着腐蚀时间的延长，腐蚀失重逐渐增大，后趋于稳定。

（3）随着腐蚀的发展，接线板导通电阻及导线单丝20 ℃电阻值逐渐提升。

（4）模拟海洋大气环境下铝导体构件的导电性能与点蚀发展密切相关；模拟工业大气环境下的铝导体构件导电性能与腐蚀失重具有较高的相关性。

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