《铜管蚁巢腐蚀机制及其预防措施.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铜管蚁巢腐蚀机制及其预防措施.docx（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、铜管蚁巢腐蚀机制及其预防措施钟明生汪浩倪雪辉(珠海格力电器股份有限公司)摘 要 空调换热器用铜管发生的蚁巢腐蚀会导致系统产生泄漏，使制冷、制热性能下降。本文通过介绍 蚁巢腐蚀形成的机理，对可能引起蚁巢腐蚀的物质进行相关试验验证，有针对性地提出预防措施。关键词 空调;热交换器;铜管;蚁巢腐蚀Ant-nest corrosion mechanism of copper tube and prevention measuresZhong MingshengWang Hao Ni Xuehui(Gree Electric Appliances，Inc of Zhuhai)ABSTACT Ant-nes
2、t corrosion in copper tube of the air-conditioning heat exchanger can leadto the leaking of refrigerant in the system，which affects its cooling and heating performance The mechanism of the ant-nest corrosion is introduced elevant tests are conducted using materials which may cause ant-nest corrosion
3、 Prevention measures are proposed correspondinglyKEY WODS air-conditioning;heat exchanger;copper tube;ant-nest corrosion考虑到传热性能及加工的可靠性，通常选用铜和铝作为空调换热器的原料，目前家用空调领 域 95% 以上的换热器采用的是翅片(铝)铜管式结 构，也有采用微通道设计的纯铝换热器。这些换 热器在使用过程中，通常条件下能够很好地抵御 外界腐蚀，使用寿命可以在 15 年以上。然而，在有 些情况下，换热器受铜管自身缺陷及高温、腐蚀性 环境等因素影响，寿命会大大缩短。换热器铜
4、管腐蚀会造成制冷剂的泄漏，导致 空调的制冷、制热性能下降。一般来说，铜和铜合 金的腐蚀类型主要 有: 点 蚀、大 气 腐 蚀 ( 氧 化 变 色)、应力腐蚀、疲劳腐蚀等。已有大批研究人员 对铜和铜合金的这些常规腐蚀类型的机制、特性 及预防措施做过研究1。笔者要研究的是另外一 种腐蚀类型蚁巢腐蚀。1977 年国外学者首次发现蚁巢腐蚀现象并命名，20 世纪 80 年代日本空调企业开始研究蚁巢腐蚀并于90 年代初取得重大进展，我国研究人员于 2003 年前 后开始关注蚁巢腐蚀现象。随着越来越多的蚁巢腐 蚀现象在空调器装置储存及使用初期被发现，蚁巢腐 蚀的高危害性逐渐得到各大空调企业的重视。蚁巢腐蚀的
5、特征和机制蚁巢腐蚀宏观及微观特征大多数的蚁巢腐蚀泄漏发生在储存期及安装11 1使用的前 2 年，具有腐蚀快、同批次大面积出现等特点，铜管腐蚀部位外表呈片状或斑点状变色( 红 棕、兰、绿和灰黑等)，微观特征为枝杈、弯曲通道、 蚂蚁巢穴般孔洞1，见图 1。图 1 蚁巢腐蚀微观金相收稿日期:2013-06-30作者简介:钟明生，本科，工程师，工艺部部长，主要从事空调加工工艺研究。第 11 期钟明生 等:铜管蚁巢腐蚀机制及其预防措施 71 1 2 蚁巢腐蚀形成的机制蚁巢腐蚀形成的机制并不复杂，国内外也有 大量的研究，简单地说:就是腐蚀媒在空气中氧化 水解生成低级羧酸，见图 2。表 2 辅料与去离子水混
6、合比例混合液成分混合比例助焊剂 + (去离子)水弯管油 + (去离子)水 清洗剂 + (去离子)水助焊剂:(去离子)水 = 1:9弯管油:(去离子)水 = 1:9清洗剂:(去离子)水 = 1:92 2 2 试验结果1) 混合液成分检测结果在 80 高温环境下放置 30 天后，对混合液的 有害成分进行检测，结果见表 3。表 3混合液有害成分检测结果试验组数试验条件甲酸根 /ppm乙酸根 /ppm氯离子 /ppmpH 值助焊剂 A + 水助焊剂 B + 水 弯管油 A + 水 弯管油 B + 水 清洗剂 A + 水1234533 618 925 665 494 833 78ND33 7851 56
7、47 0013 2106 67012 5021 6718 336 76 96 76 15 8图 2 蚁巢腐蚀机制发生蚁巢腐蚀的必要条件为:铜表面 + 腐蚀媒+ 水 + 氧气，缺少其中一项都不会发生蚁巢腐蚀。接触铜管内部的腐蚀媒:含氯的清洗剂、挥发 性润滑油、助焊剂、压缩机油1-5;接触铜管外部的腐蚀媒:木材和人造建材挥 发物、泡沫塑料隔热层和胶粘带渗出物、香水、化 妆品、调味品、药品和杀虫剂1-2，6-7。 6 清洗剂 B + 水26 8 31 11 21 67 6 6 从检测结果来看，混合液成分中基本都出现了乙酸根。考虑到试验条件下封闭 U 形管内氧气 含量较少，因此氧化水解还不够充分。若铜
8、管充 分暴露在空气中，管内残留的挥发油、清洗剂会发 生更强烈的氧化水解反应，更加容易产生由外而 内的腐蚀。2) 金相分析解剖后的样件出现腐蚀层，样件与混合液接 触的部分出现了变色现象，这说明经过一段时间后混合液与铜管发生了反应。为了进一步确定样件是否会出现蚁巢腐蚀现 象，对样件进行了金相分析，用光学显微镜进行观 察，在经过为期 30 天的试验后，大部分样件与混合 液接触的铜管内壁出现了蚁巢腐蚀现象，有的出 现在螺纹齿内，有的在铜管中间部位，如图 3 所示。相关材料分析及模拟试验22 1 两器加工过程辅料成分测试针对笔者所在公司换热器生产过程中使用的辅 料进行成分测试，结果见表 1。可以看出，辅
9、料中足 以腐蚀铜管的酸根离子浓度远在安全标准之下。表 1换热器用辅料有害离子检测报告酸根(峰面积)辅料类型厂家氯离子含量 / ppmABNDNDNDND翅片油ABNDNDNDND弯管油AB11 548 33NDND清洗剂ABNDNDNDND助焊剂注:ND 表示未检出或含量很少，1 ppm = 10 6 。2 2 模拟试验为了验证使用的辅料在特定条件下是否会产 生羧酸，制定如下模拟试验:将辅料与水充分混合，密闭在 AC 铜管中，放 置于高温保温箱中进行加速水解试验。图 3 腐蚀层放大微观图试验结论2 2 3挥发油、清洗剂、助焊剂等辅料本身并不具有蚁巢腐蚀倾向，但通过与氧气接触水解后，会形成 低级
10、羧酸，低级羧酸与铜管发生反应使铜管出现 枝杈、弯曲通道、蚂蚁巢穴般孔洞，即蚁巢腐蚀，因2 2 1试验条件不同辅料与去离子水混合液体比例见表 2。将混合液封装在长 U 形管内，管口焊死;试验温度 为 80 ;试验周期为 30 天。第 13 卷 72 此生产过程必须控制以上物质的残留。3铜管蚁巢腐蚀主要预防措施3 1 挥发油使用量的控制挥发油是腐蚀媒的来源之一，因此控制挥发 油的使用量十分必要。通过参数优化、弯管设备 改进，将换热器系统内残油标准提高 50% 。3 2 烘干工艺优化烘干工序是使两器铜管挥发油降低到安全值 的关键工序，通过对两器产品结构分析，针对不同 结构，改进烘干上、下线吹气装置;
11、根据挥发油的 油品特点、挥发温度点调整烘干机各烘道的温度 参数;改进弯管工序油分控制工艺和烘干工艺。3 3 水分的控制水是蚁巢腐蚀发生的必要条件，严格控制铜 管的水分是一项必不可少的举措;两器加工过程 中所使用的压缩空气、氦气、氮气等含有水分将有 可能被带入系统内导致蚁巢腐蚀发生;针对水分 控制，笔者逐项进行工艺检查，控制各个可能将水 分带入系统的环节，如管道、氦检过程、过程件存 放周期、存放环境、物料打包方式等。(b) 9 52 mm 管(a) 7 mm 管图 4 抽样微观放大图4 结论1) 蚁巢腐蚀产生的必要条件为铜材、腐蚀媒、水、氧气同时存在，且达到一定量;2) 通过对蚁巢腐蚀产生机制分
12、析及模拟试 验，证明通过控制系统中的水分、油分的量可以有 效控制蚁巢腐蚀的发生;3) 通过对 4 要素中的任何一要素进行改变加 强都可以有效提高换热器抗蚁巢腐蚀能力，尤其在 铜基材方面的改性研究是一个较有效的突破口。参 考 文 献1马宗理 空调制冷铜管的蚁巢腐蚀( 上) J 制冷与空调，2005，5(1):1-5马宗理 空调制冷铜管的蚁巢腐蚀( 下) J 制冷与 空调，2005，5(2):6-10GB 500192003 采暖通风与空气调节设计规范S Go Isobe Corrosion esearch Committee of JCDAC Corrosion Asia Proceedings
13、 1992:106-109上田健一郎 铜管腐蚀机理J 伸铜技术研究会志，1999，38:220-225能登谷武纪 热交换器蚁穴腐蚀探究J 伸铜技术 研究会志，1991，30:30-37能登谷武纪 铜合金特殊条件下的腐蚀研究J 铜 及铜合金，2002，41:158-1623 4工艺措施有效性验证通过以上措施的实施，笔者选取曾出现蚁巢2腐蚀的机型分别进行部件、组件的跟踪对比，组件完全按照改进工艺严格执行。对加工后的部件进 行氦检、电子检和静止检漏，都未发现由于蚁巢腐 蚀导致的泄漏，同时采用样条分布法进行随机抽 样解剖，两器内部未出现蚁巢腐蚀的迹象;将加工 后的部件打包放置 3 个月后重新检漏和解剖
14、，都未 发现有蚁巢腐蚀的迹象，微观金相如图 4 所示。以 上跟踪验证笔者采取的一系列控制措施对控制蚁 巢腐蚀是非常有效的。34567檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱(上接第 69 页)2首要的预防保护措施是杜绝或尽量避免在生产及装配过程中使用的各类清洗剂、有机油等物质在 铜管中的残留和水解。其次是尽量隔绝产生蚁巢腐 蚀的环境，如对铜管进行惰性气体吹扫并进行充填 保护，保持铜管的干燥和避免氧气的侵入。三是定 期检查设备保压情况，发现问题及时解决。参 考 文 献GB / T 5121 22008 铜及铜合金化学分析方法 第 2部分:磷含量的测定S梅恒星，李耀群 铜加工产品性能检测技术M 北 京:冶金工业出版社，2008龚敏 金属腐蚀理论及腐蚀控制M 北京:化学工业 出版社，2009马宗理，张金利，范震，等 空调制冷铜管的蚁巢腐蚀 (下) J 制冷与空调，2005，5(2):6-10魏龙 制冷设备维修手册M 北京:化学工业出版 社，201234561GB / T 5121 12008 铜及铜合金化学分析方法 第 1部分:铜含量的测定S