[科普中国]-钢铝复合导电轨

简介

传统的导电轨是采用低碳钢材料制造的。如北京地铁和天津地铁的第三轨采用的就是低碳钢导电轨。国外发达国家在上世纪初第三轨方式使用初期也采用的是低碳钢导电轨。为了加大导电轨的一次输电距离、改善受流条件、减小机械磨损和电腐蚀、提高经济和社会效应，上世纪70年代末出现了一种新型导电轨—钢铝复合导电轨1。

钢和铝之间牢固的冶金结合钢铝复合导电轨之中钢和铝的复合，是在挤压模内把清洗后的钢带和铝本体在规定的工艺参数下挤压成牢固的冶金结合。这种冶金结合方式是靠挤压过程中热和压力的作用而形成的。在这个过程中，铝和钢中铁原子之间形成的金属化合物Al3Fe2起着结合作用。两种材料之间的冶金结合使层间电阻减至最小，同时由于钢和铝接触面无空隙，接触面不可能受到腐蚀侵害，这样就能保证长期低电阻的稳定性。另外，通过剥离试验证明，把铝本体内的钢带剥离出来是不可能的，只有用专用的工具才能把钢与铝分开。钢和铝之间的冶金结合能够承受较大的力并且无永久变形。

此外，加工过程中钢表面出现变色、划痕、划伤等问题，只要不影响产品的实用性都是允许的。

材料的选用钢铝复合导电轨是由低碳合金钢与铝合金复合加工而成。铝合金是导电轨的主体，选择材质时既要考虑其具有优良的导电性能，又要满足机械性能要求。选择钢材质时主要考虑其耐磨性、耐腐蚀性和导电性。一般选用的是铬钢，其耐磨性、导电性和导热性基本上都能很好地满足钢铝复合导电轨的各项要求2。

钢铝复合导电轨的优越性钢铝复合导电轨在长期使用过程中己被证实是一种有效的、可靠的产品。它与低碳钢钢轨相比具有以下几方面的优势：

(1)导电性能好、电流容量大：铝合金电导率28-33MS/m，为非合金低碳钢电导率(8.5MS/m)的3-4倍，钢铝复合导电轨的导电性高于低碳钢导电轨。在这种新的安装形式中，电压降及牵引能耗成比例下降，使得供电距离加大而所需变电站减少。

(2)比重小、易安装：钢铝复合导电轨的重量小于相同截面低碳钢导电轨重量的一半，因此安装简便、且费用小、成本合理，同时无须起重设备。

(3)耐腐蚀、耐磨性好：为保证钢带良好的耐腐蚀性和耐磨性，钢铝复合导电轨采用的是铬不锈钢，具有良好的耐晶间腐蚀性。导电轨良好的耐腐蚀性能已经过多年包括海洋性气候条件下的安装运行和试验室试验证实。同时，不锈钢接触面光滑，耐磨耗，可延长导电轨与受流器的寿命。

(4)韧性好：铝和不锈钢挤压复合时可以形成各种几种剖面。

(5)经济效益好：相同的运输量情况下，采用钢铝复合导电轨比低碳钢轨费用要低。这是因为:①电压降低了，需要的变电站减少;②钢铝复合导电轨重量轻，安装费用减少;③年度的费用消耗方面，钢铝复合导电轨也比低碳钢导电轨要低(包括折旧、利息、维护和运行费用等)。因此，整体来说，钢铝复合导电轨的投资要比低碳钢导电轨低。

(6)寿命长：低碳钢导电轨平均寿命为25年，钢铝复合导电轨的平均寿命为30年。

总结第三轨供电用于我国城市轨道交通已有多年并已具有了成熟技术，但钢铝复合导电轨还没有在正式线路中使用。如果采用进口钢铝复合导电轨，其成本为低碳钢导电轨的4倍。尽管如此，由于钢铝复合导电轨较低碳钢导电轨具有更多的优越性，而少建牵引变电站节省下来的投资与钢铝复合导电轨增加的费用基本抵消，且这种高投资在几年内就可基本偿还，因此，钢铝复合导电轨被国内的许多城轨专家看好。

在我国开发和研制钢铝复合导电轨，以适应快速发展的城市轨道交通建设对各种供电方式选择的需要，具有重要的现实意义和经济价值3。