關(guān)鍵詞： 智軌電車 金屬部件 電偶腐蝕 防腐

智軌電車是一種全新的軌道交通新制式——智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)（Autonomous-rail Rapid Transit，ART）[1]的核心組成部分。智軌電車是一種采用全軸轉(zhuǎn)向、軌跡跟隨控制技術(shù)、通過(guò)主動(dòng)安全、車載信號(hào)、機(jī)器視覺(jué)控制等對(duì)車輛行駛進(jìn)行電子約束的全電力驅(qū)動(dòng)、沿虛擬軌道運(yùn)行的鉸接式膠輪車輛[1]。電偶腐蝕是一種相對(duì)于普通腐蝕危害性更大、破壞力更強(qiáng)的腐蝕形式，廣泛存在于軌道交通、化工和建筑等行業(yè)中。它的危害性非常高，輕則造成零件的接觸面的局部銹蝕、點(diǎn)蝕，重則導(dǎo)致零件的穿透[2]。智軌電車金屬部件主要指鋼鋁車身結(jié)構(gòu)件、整車設(shè)備安裝連接件、標(biāo)準(zhǔn)件等，是智軌電車整車的支撐載體，功能實(shí)現(xiàn)的連接件，屬于車輛的核心部件。為了確保智軌電車的功能在生命周期內(nèi)的可靠性，必須關(guān)注其防腐性能，以免發(fā)生由于腐蝕老化引起的材料功能性失效、結(jié)構(gòu)破壞等弊病。對(duì)此，通過(guò)分析電偶腐蝕的影響因子，借鑒成熟有效的電偶腐蝕防護(hù)方法，梳理智軌電車上的電偶腐蝕對(duì)，探尋智軌電車金屬部件電偶腐蝕的有效防護(hù)措施，從而從總體上提升智軌電車的防腐蝕性能。

1 電偶腐蝕與影響因素

1.1 電偶腐蝕的基本原理

電偶腐蝕的原理與原電池反應(yīng)的原理相同，如圖1 所示。電偶腐蝕是腐蝕電位不同的異種金屬置于同一介質(zhì)中，相互接觸或通過(guò)其他導(dǎo)體連通，造成異種金屬接觸部位的局部腐蝕，電偶腐蝕也稱接觸腐蝕[3]。

在智軌電車車輛上，異種金屬接觸由于其不同的電位即構(gòu)成了原電池的兩極，異種金屬接觸部位存在的污水等既充當(dāng)了原電池的電解溶液，又充當(dāng)了導(dǎo)電介質(zhì)，因此，智軌電車上異種金屬接觸部位均有發(fā)生電偶腐蝕的可能。

1.2 電偶腐蝕的影響因素

電偶腐蝕的速度，在數(shù)量上符合法拉第電解定律，影響電偶腐蝕速度的因素主要有：（1）形成電偶腐蝕的兩種材料的電極電位差；（2）介質(zhì)的電導(dǎo)；（3）電偶間的面積效應(yīng)（或幾何因素）；（4）兩種材料表面的極化作用[2]。

發(fā)生電偶腐蝕的兩種材料之間的電極電位差愈大、電流愈大、則腐蝕愈快。電路中的各種電阻也影響電偶腐蝕的速度，介質(zhì)的電導(dǎo)率愈高，腐蝕愈快，反之亦然。通常，隨著電偶腐蝕對(duì)陰極與陽(yáng)極面積比值的增加，陽(yáng)極金屬的電偶腐蝕速度也更快[3]。

2 智軌電車電偶腐蝕對(duì)

智軌電車體為整體承載式結(jié)構(gòu)，底架部分采用QstE700TM、510L 等高強(qiáng)碳鋼，座椅骨架及附屬件采用Q345B、Q235B 等牌號(hào)的碳鋼，而車身部分采用6005AT6、5083-H111、6082-T6 等鋁合金型材焊接而成，底架與車身通過(guò)6Cr19Ni10 的不銹鋼圓鋼連接件，采用碳鋼高強(qiáng)螺栓連接而成。

車輛上設(shè)備安裝支架根據(jù)受力與環(huán)境情況，有3種材料的連接支架，分別為5083-H111、304 不銹鋼、Q345B碳鋼，而設(shè)備的安裝螺栓根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)成不銹鋼螺栓、碳鋼表面鍍鋅或鍍鋅鎳或達(dá)克羅的標(biāo)準(zhǔn)件。

不同材料金屬之間存在電極電位差，相互接觸的異種金屬的電極電位差越大越容易造成電偶腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，通過(guò)梳理，智軌電車上主要有如下電偶腐蝕。

2.1 鋁合金車體與不銹鋼圓鋼、碳鋼底架之間的電偶腐蝕

智軌電車車體結(jié)構(gòu)由碳鋼底架及鋁合金車體通過(guò)不銹鋼圓鋼與碳鋼高強(qiáng)螺栓連接，由于不銹鋼、碳鋼及鋁合金之間存在電位差，所以鋁合金車體與不銹鋼圓鋼、碳鋼底架之間有電偶腐蝕的可能。另外，由于底盤(pán)環(huán)境較為惡劣，在不銹鋼、碳鋼及鋁合金的連接部分經(jīng)常會(huì)積存污水，進(jìn)而加快了電偶腐蝕的速度，具體連接結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2.2 不銹鋼支架與碳鋼緊固件或碳鋼支架與不銹鋼緊固件之間的電偶腐蝕

智軌電車底盤(pán)設(shè)備中有不銹鋼卡箍用碳鋼螺栓固定管線，還有采用碳鋼支架安裝的設(shè)備而連接標(biāo)準(zhǔn)件采用不銹鋼材質(zhì)，因?yàn)椴讳P鋼與碳鋼之前存在電位差，所以不銹鋼支架與碳鋼緊固或者碳鋼支架與不銹鋼緊固件之間有電偶腐蝕的可能，反之亦然。具體如圖3所示。

2.3 不銹鋼與鋁合金支架之間的電偶腐蝕

智軌電車屬于100% 低地板膠輪電車，所以車輛頂部布置了諸多的電氣設(shè)備，車體材料如上文所述為鋁合金材質(zhì)，由于車頂復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，一般設(shè)備的安裝支架均采用304 不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行連接。不銹鋼與鋁合金形成電偶時(shí)，由于自腐蝕電位的差值較大，容易造成明顯的電偶腐蝕。這種情況下會(huì)加速鋁合金的腐蝕，不銹鋼則會(huì)受到保護(hù)[4]，具體見(jiàn)圖4。

2.4 接地線束端子與連接螺栓之間的電偶腐蝕

智軌電車接地搭鐵組件由底架上的焊接接地螺柱、連接標(biāo)準(zhǔn)件及接地線束端子組成。由于接地線束瘋子、連接件及接地螺柱之間存在電位差，同時(shí)它們之間有電流作用，則會(huì)加速電偶腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生[5]，具體情況見(jiàn)圖5。

接地線束端子的表面涂層通常為鍍錫，連接標(biāo)準(zhǔn)件一般為鍍鋅碳鋼件，鍍層金屬在鹽霧環(huán)境中的電偶序?yàn)椋哄冨agt;鍍鋅鎳gt;鍍鋅鋁gt;鍍鋅[6]。鍍錫與鍍鋅鎳之間的電位差較小。

2.5 碳纖維復(fù)合材料與鋼之間的電偶腐蝕

智軌電車內(nèi)裝中內(nèi)飾面板有部分采用碳纖維材料，而與碳纖維面板相接觸的安裝標(biāo)準(zhǔn)件采用不銹鋼或者碳鋼材質(zhì)，碳纖維具有碳本身的電化學(xué)特性，導(dǎo)電性能良好，這兩種異種材料連接形成腐蝕電池時(shí)，顯著促進(jìn)了鋼的腐蝕，可使鋼的腐蝕速度至少增大1.5倍[7]。

3 常見(jiàn)電偶腐蝕防護(hù)措施

目前，常見(jiàn)的電偶腐蝕防護(hù)措施有：（1）材料選擇；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（3）絕緣隔離；（4）表面處理；（5）電極保護(hù)[8]。通過(guò)選取電偶序中電極電位差較小的金屬或合金，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)化接觸金屬的面積比，避免形成面積比相差較大的結(jié)構(gòu)，對(duì)接觸面采取絕緣措施，對(duì)材料表面進(jìn)行必要的表面處理，同樣還可以安裝一塊電極電位比相互接觸的兩種金屬都還要低的第三種金屬，以犧牲第三種金屬來(lái)保護(hù)結(jié)構(gòu)件相互接觸的兩種金屬。

4 智軌電車電偶腐蝕防護(hù)探究

4.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智軌電車主結(jié)構(gòu)材料為碳鋼與鋁合金，在材料已經(jīng)確定的情況下，可以在連接之間加過(guò)渡金屬，降低電位差，減弱電偶腐蝕。在結(jié)構(gòu)鋼鋁車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，避免形成大陰極-小陽(yáng)極的不利于防腐的面積比，陽(yáng)極部件要設(shè)計(jì)易于觀察和更換的部件。設(shè)計(jì)的兩種金屬連接結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)溝槽、下凹、內(nèi)陷等結(jié)構(gòu)，避免污物長(zhǎng)時(shí)間存留于該類結(jié)構(gòu)之中。

4.2 異種材料接觸時(shí)進(jìn)行表面處理

智軌電車車體主結(jié)構(gòu)在材料已經(jīng)確定的情況下，可以通過(guò)在異種材料之間進(jìn)行表面處理，例如：碳鋼表面進(jìn)行電泳油漆，鋁合金表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化，在兩者接觸面增加防銹漆。這些表面處理所形成的保護(hù)膜在大氣中電阻較大，能有效減輕電偶腐蝕作用[8]。

4.3 優(yōu)化智軌電車搭鐵組件

智軌電車的搭鐵組件組成為304 不銹鋼搭鐵柱、鍍錫接線端子以及鍍鋅連接標(biāo)準(zhǔn)件。為了減少電偶腐蝕的趨勢(shì)，通過(guò)減少材料種類，選用電位差較小的金屬進(jìn)行連接，搭鐵柱與連接標(biāo)準(zhǔn)件選用相同材質(zhì)的304不銹鋼，而不銹鋼與鍍錫接線端子之間的電位差較小，因此可以減輕電偶腐蝕的作用。

4.4 盡量避免安裝支架與緊固件與安裝支架與主結(jié)構(gòu)的材料不同

在設(shè)備安裝設(shè)計(jì)時(shí)，不銹鋼安裝支架選用不銹鋼螺栓。碳鋼安裝支架選用鍍鋅、鍍鋅鎳或達(dá)克羅螺栓。安裝在鋁合金車體主結(jié)構(gòu)上的支架在滿足強(qiáng)度要求的情況優(yōu)先選用鋁合金材質(zhì)，安裝在碳鋼底架上的支架優(yōu)化選用碳鋼材質(zhì)并同時(shí)采用碳鋼或不銹鋼材質(zhì)的連接螺栓，并且碳鋼支架與碳鋼底架均采用電泳油漆方案進(jìn)行防腐。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 在智軌電車整車設(shè)計(jì)過(guò)程中，車體主結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用同種金屬材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，在無(wú)法避免使用異種金屬進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，宜采用隔離法減緩電偶腐蝕的速度，但是對(duì)于異種金屬有緊固要求、力矩要求的相互接觸的結(jié)構(gòu)，可以選擇電偶序相近的電鍍涂層，既能避免緊固破壞涂層，亦能減少異種金屬的電位差，減緩車輛金屬部件的電偶腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。