《铝合金汽车热交换器腐蚀性能.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铝合金汽车热交换器腐蚀性能.docx（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、维普资讯 http:/轻合金及其加工I llI I IIlI I 川IllIl l周 江 杨志强-， 一(东北轻A金加工厂 黑龙江省哈尔滨市 150060)庞(中南工业大学材料系 湖南省长沙市 410000)摘要：对铝合金汽车热交换嚣的腐蚀形式、机理、影响因素及防腐手段等进行了综述。指出汽车防冻液、冷却刺、钎焊残留物、氮离子浓度。合金相之间的电位差及钎焊炉内的循环时间。均对铝制散热嚣的耐蚀性有明显影响，采用不舍水的冷却液。封闭的冷却系统，有效的防腐剂，高耐蚀性的材料等手段，能有效的防止或减轻铝制换热嚣的腐蚀，达到延长其使用寿命的目的 o， ，竺Il如、斗l，、，r、碗，I一关键词：铝合金一腐蚀
2、-电位钎焊一R，I为满足汽车越来越多的各种特殊使用要合金系，及制成高性能的铝专用缓蚀性，内部抗求，现代高性能汽车上有十余个单独的热交换器，其中最主要的是空调系统中的冷凝器、蒸发、以及发动机散热器和油冷却器等。过去由于加工方法和接合技术的落后，使铝质热交换器在耐蚀性和成本上无法与传统的铜质热交换器相竞争。目前铝合金热交换器在综合性能、腐蚀性能上已完全经受得住汽车恶劣的工作环境和条件。其使用寿命目标定为 l0年。腐蚀性能是衡量热交换器性能好坏的主要标准之一，是铝质热交换器降低成本、提高寿命、走向实用化的关键。本文主要对铝合金汽 - - l I - _l I l _ J卜，车热交换器的腐蚀形式、机理
3、、影l响lI-因lI素lI 及防止手段等方面进行了综述。蚀能力已有了较大提高。对通水管内部腐蚀有影响的因素有：水质(有害离子)、水温、压力和水中的含氧量，以及管路中使用其他金属的情况。表 l为汽车热交换器的内、外环境，从表 中可见，冷凝器和蒸发器的管子内部冷却剂是氟利昂，如果维护适当(避免潮湿)，氟利昂不腐蚀铝。因此，油冷却剂或空气冷却器的内表面一般不存在腐蚀问题。但其他热交换器则很难避免潮湿，并且往往是干湿交替状态，其内部的腐蚀及泄露就不得不考虑了。从表 l可看出内部腐蚀问题的焦点集中在通水的铝散热器和加热器 E。表1 汽车热交换器的内、外环境1 内部腐蚀热交换器由内部有换热介质流动的管道与
4、翅片材接合而成，它的腐蚀分为内部腐蚀(流体管内)和外部腐蚀两部分，最初的关注集中在管热交换矗类型 昔体内的液体散热器 水冷却荆油冷却器 机油、传导油冷凝器 冷却荆(氟利昂)蒸发器 冷却荆镰利昂)加热器 水冷却荆空气交换冷却嚣 过滤空气可能的外界环境雨水、大气污染、海盐、除冰盐同上同上臂遭空气、凝聚水气，臂道空气同散热器的内部(冷却剂侧)腐蚀。通过正确选择和发展维普资讯 http:/52 轻 金 属1998年 oI冷却液 然主要是水和氟利昂，但其中除了水本身的 外， 有添加的防 ，其他金属离子，以及 化物 等物 来的腐 。冷却水中很可能含有 化物(漂白粉)、硫酸 、碳酸 和重金属 (Cu和 Fe
5、等)。浅野佑一郎 的研究表明，在流水腐蚀宴验中，水中的重金属离子大大缩短了铝合金的腐蚀穿孔 同。当水中有重金属 ，即使包覆 7072合金，管道也 生穿孔腐 。钎焊连接 程在系 中残留下包括 化物 溴化物、氧化物的可溶性残留物，它们或是单独作用，或是相互结合，引发腐蚀问题。冷却 可以是自来水或是 50乙 二醇 防 溶液，它们都可引发铝合金的点蚀。点蚀会在电流高于一确定的 界 ( 界点 位 E。) 形成，在 个 位 合金表面 化膜破裂。有关研究 明，随着 离子 度或温度的增加， 界点 位降低，在静止的水中，随着 离子 度增加，点蚀电位也有相应的变化。这些研究结果 于汽 交 器是很重要的，因 温度以
6、及与铝合金相接触的冷却剂中卤化物浓度都是变化的。 了防止管子的内部腐 ，方法之一即添加有效的防蚀剂，据介绍在冲绳岛(日本)，中东和近东、澳犬利亚和中南亚这些地区，很少使用防 冷却 。在我国玲却系 中使用的含 剂的冷却液价格约为 25元人民币kg。由手生产的内燃机的冷却系统普遍存在着不同程度份、汽 排除的 气、砂粒、灰 和泥 的 染。而且整个散热器系统承受着反复的热循环和工作周期中 生的振 ， 材料和 接方法都提出了 格的要求。汽车中的冷凝器一般安装在散 器的前面，与散 器 于同 劣的外部 境中，同 它 必 承受 高的内 ，要求的气密压 力典型值为 3MPa，耐 压 力 为45MPa，一般表面实
7、施全体黑色浸渍涂层处理 蒸 器是直接供 室内冷气的部件，它与加 器通常位于汽 表板下面， 气流从它 的外表面流 。 些气流 然不 雨滴或路面 的水滴，但同 也会把腐 物质 到金属表面。汽 在行 程中，凝聚的露水就会湿 金属表面，停机 又恢复干燥状 ， 种干湿交替的腐 境使金属 生泥裂而脱落，被吹人空气中又造成 境 染。 使用的蒸 器板、管材的腐 形 不是一般的全面腐 ，而是典型 展的局部 L 。因此管子或包覆芯材一般 用具有 抗局部腐 (如点腐 、裂隙腐 和晶 腐 等)能力的台金，如 3003、3203、3005、1050、1100和1145台金等)。管材除了 在外界腐 境下， 存在与散 片之
8、 相互的 化学作用( 1)，可能引起腐 。的漏水现象，使冷却液损耗严重，用户普遍使用的冷却液仍然是水。为得到足够的抗蚀性，目前的措施是包覆Alzn合金。围 1 腐蚀作用横式围2 外部腐蚀汽 交 器的外部腐 包括管材外部、翅片材的腐蚀以及二者之间的相互电化学作用。不同的 交 器在汽 的位置不同，功能各异，因此外部腐蚀 境与条件也不尽相同。散 器位于 的前端， 受着非常苛刻的道路 境和气候 境，包括雨水、路面 的 圈 2 管横截面显撖盒相组织维普资讯 http:/1998盎1轻 金 属53A(口+Si)共晶中的 (At)古有 Mg和 Si：Ba(A【)初晶舍有 si；c 基体中的 。(At)固藩体
9、；D ( +Si)中的共晶 &管子的外表面易发生晶间腐蚀，我们可以从显微金相组织予以分析，见图 2。图 中显示的是真空钎焊深拉杯型蒸发器钎焊板横截面。A区的固溶体富含 Mg和 siB区富 si，而 C区富 Mn。因此，基于 A、B、C区的化学成分，就可以估算出 A、B、C区腐蚀 电位分别为一084V (相对于 SCE甘汞标准电极 )、一083V 和一085V0填料金属的共晶 sj相显出相对较高的腐蚀电位(一026V)。铝的腐蚀过程可由下列电化学方程表示，阴极溶解氧的减少是铝在氯离子溶液中局部腐蚀电池的逆电极反应。A1一 A】0 +3e一14e一+02+2H o20Hf2)因为共晶 si具有较高
10、的腐蚀 电位，所以阴极反应(方程 2)发生在共晶 si上；因为共晶 A1 的腐蚀电位比先共晶 Aj(图 2B 区)低大约10mV，所以腐蚀首先只限于作为阳极的共晶A1上。除非蒸发器翅片离得不远，否则无法得到阳极翅片的阴极保护作用。这是由于凝结液体导电性能的缘故，前面已经提到过。从共晶 A1开始的腐蚀，沿着共晶 向填料金属芯材合金界面前进。界面问大的金属间化合物(FeMnAI或 FesiA1)进一步加剧了邻近 A1基体的腐蚀过程。在点蚀坑 中的溶液变为酸性，并且氯离子浓度增大。此时腐蚀将渗透蚀坑旁最显阳极性的芯材合金 A1 基体而继续前进。图3给出了腐蚀过程的示意图。围3 蒸发器复合板腐蚀示童围
11、由于蒸发板的点蚀发生在低导电性的凝结液中，板和片之间腐蚀电位的宏观差别与腐蚀速率几乎无关。但是，在各种合金相之问的微观腐蚀电位差别对点蚀电流大小有很重要的影响。l0rnV20mV 的差别就足以引起低电位相中腐蚀的发生。由于汽车热交换器的寿命主要取决于流体管道的泄漏与否，翅片材的自身腐蚀问题显得相对不那么重要，但在真空钎焊热交换器上表现得较为突出些。现场使用以及实验室腐蚀实验结果都表明真空钎焊翅片材合金 (例 如4045合金 +Mg或 41043003或 3005)在真空钎焊后变得对晶间腐蚀 (IGC)十分敏感，且炉内循环时间越长，腐蚀越严重。钎焊后残余填料金属很容易沿交界面发生电化学腐蚀，即
12、Al 基体(阳极性 )和粗大的 sj粒子 (阴极性 )之间的腐蚀。一旦皮材被渗透腐蚀将继续深入芯材。芯材的腐蚀机制看来有两种：晶问腐蚀和点蚀。据推测晶问腐蚀是钎焊过程中 sj向芯材扩散导致腐蚀敏感性增加的结果。蕊材的点蚀看来是缘于一种不利的电化学关系，即皮材是阴极性而芯材是阳极性的。通过监测3003和 4004合金之间电流的电化学实验发现最初在室温下 4004是阳极，但很 快变成了阴极。当温度一开始升高，4004又一次变成了阳极；当温度降低并保持室温时，它又变成了阴极并维持不变。其初始阶段的开路电压 (与饱和甘汞电极相比)约为一05V(4004)和一06V54轻 金(3003)。这种现象在重复
13、温度循环下，可以一再发生：类似现象在其它合金组对(如 1100和6063合金)上也可以看到。这说明 3003之类的芯材合金在与阴极性的高 si填料金属 配对时，会遭受优先腐蚀。要提高钎焊热交换器的耐蚀性。应从 以下几方面着手：a不含水的冷却液b封闭的冷却系统cl有效 的防蚀剂；d高耐蚀性材料。3 腐蚀控制一 般而言，腐蚀可通过采用耐腐蚀材料或改变环境来控制。象冷凝器、散热器、油冷却器等热交换器暴露在空气之中，要改变环境是不可能的。 因此管子和散热片的表面要尽可能有防腐蚀措施如使用表面涂添，防腐剂或其他处理手段等。事实上改变腐蚀环境的手段毕竟是有限的，而通过合理的合金设计及材料选择是防腐的有效手
14、段之一。目前最常用的防蚀添加元素是 zn。 为了使管子具有阴极保护性能可以在散热片合金或管子的包覆台金中加 zn。这样使散 热片和管子表面与管子芯部相比较呈阳极优先腐蚀。同时也要考虑到散热片在热交换器的结构强度和传热方面起着很重要的作用。所以不希望它作为牺牲阳极而很快被腐蚀掉。因此应选用抗腐蚀性好的合金作管子，以减少电位差电流散热片的自身腐蚀速度应尽量小。裹2 汽车热交换器用铝合金的腐蚀电位(相对于标准甘汞电极】音 盘 牌 号电位V柑对极性6061一o71o743oo3一o7450。5一o74毋撅4343一o4045076阳摄7072一o87- 一o89维普资讯 http:/属1998年hnl
15、注：根据 ASTMG69测定其他作为防腐的合金设计还有添加元素sn、Ti、Cu等，以及合理控制 si、Fe元素及其他杂质的含量。最终达到控制腐蚀的目的。表 2显示了一些铝合金的腐蚀电位值。这些数据充分说明了它们之问的电位差。但是必须注意，这里的腐蚀电位只是“初始点”，实际的腐蚀行为还取决于一些别的因素，例如反应过程中的极化特性和合金活性面积等。热交换器的设计和零件质量等对热交换器的抗腐蚀性能也起着重要作用。如散热片的间距和散热孔的设计；在机械装配式热交换器中，管子的外表面是否使用散热片环包覆或部分包覆。散热片环与管子问的装配缝隙等都会影响到产品防蚀性和最终使用寿命。此外，选择具有一定特性的焊剂
16、 (如 NOCOLO 焊剂)，在热交换器表面形成一层保护性的薄膜也可以减少腐蚀。对于管子内部的腐蚀来说，使用含有良好腐蚀抑制剂的冷却剂或者使防蚀剂水的比例保持在推荐的范围内，可大大减轻加热器和散热器与冷却剂接触面的内部腐蚀损坏。但更有效的是将管子内表面进行各种化成氧化处理，或包覆 Al1Zn(7072合金)层。采用锌粉印刷扩散和阳极氧化处理使管路内壁形成具有含锌的阴极防蚀层 J，能够取得很好的效果。参 考 文 献1 李希文、高云震编译：轧制压接法的铝热变换器及其腐蚀性能轻台金加工技术 1990(4)2 周文彪译汽车用铝台金热交换器轻合金加工技术 1991(I)收稿日期：199808欢 -迎。产：大 广 告 l用户在 本刊-上刊登-广告