牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子制作過程中轉(zhuǎn)軸表面腐蝕原因分析

文 | 南車株洲電機(jī)有限公司 毛曉軍中國電器科學(xué)研究院 朱 珈 馮 皓 寧文濤 胡利芬

牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子制作過程中轉(zhuǎn)軸表面腐蝕原因分析

文 | 南車株洲電機(jī)有限公司 毛曉軍中國電器科學(xué)研究院 朱 珈 馮 皓 寧文濤 胡利芬

本文通過對轉(zhuǎn)軸材質(zhì)分析、表面腐蝕產(chǎn)物分析、關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)分析和模擬試驗(yàn)，系統(tǒng)討論了南車電機(jī)公司某型牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子制作過程中轉(zhuǎn)軸腐蝕的主要原因，著重于尋找影響電機(jī)轉(zhuǎn)軸腐蝕的主要工藝環(huán)節(jié)。最終，針對影響電機(jī)轉(zhuǎn)軸腐蝕的主要工藝環(huán)節(jié)提出了相應(yīng)的防腐蝕措施建議。

牽引電機(jī)轉(zhuǎn)軸；腐蝕原因分析；防腐蝕；建議

1.言

南車電機(jī)公司生產(chǎn)的某型電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸材料為35CrMo，這是一種典型的低合金結(jié)構(gòu)鋼。具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。轉(zhuǎn)軸材料經(jīng)【毛坯鍛造】→【毛坯粗加工】→【調(diào)質(zhì)處理】→【精車加工】→【精磨加工】→【轉(zhuǎn)子熱套】→【焊接端環(huán)】→【清洗】→【車削端環(huán)】→【動(dòng)平衡】→【組裝】，制作成為電機(jī)轉(zhuǎn)子。

南車電機(jī)公司某型電機(jī)轉(zhuǎn)子在生產(chǎn)制造過程中工序間存放和半成品、成品存放時(shí)就發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的早期腐蝕，不僅給生產(chǎn)企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失，且給企業(yè)形象造成不良影響。本文從材質(zhì)和生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)等方面分析了轉(zhuǎn)軸腐蝕的原因，并結(jié)合南車電機(jī)公司生產(chǎn)情況，提出解決這一問題的改進(jìn)建議。

2.軸材質(zhì)分析

用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）分析轉(zhuǎn)軸成分，結(jié)果見表1。從表中數(shù)據(jù)可知，該型轉(zhuǎn)軸材料基本符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T10561-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測定，標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》用Leica DM6000M 型全自動(dòng)金相顯微鏡對轉(zhuǎn)軸材質(zhì)的非金屬夾雜物進(jìn)行了觀察，結(jié)果見圖1。結(jié)合能譜分析可知，轉(zhuǎn)軸材質(zhì)中的夾雜物主要有三種：含Ti的不規(guī)則形狀?yuàn)A雜、長條形的MnS夾雜和含有Al、Si的冶金夾雜。夾雜物級別均小于2級，但這些夾雜物的存在會(huì)影響轉(zhuǎn)軸的耐腐蝕性能。

3.軸表面腐蝕產(chǎn)物分析

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸表面發(fā)生的是不均勻的全面腐蝕。用掃描電子顯微鏡對腐蝕點(diǎn)進(jìn)行觀察（見圖2），發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸表面的腐蝕起源于點(diǎn)蝕，腐蝕產(chǎn)物呈團(tuán)塊狀，表面有開裂，在開裂和蝕點(diǎn)中心發(fā)現(xiàn)有細(xì)碎的針狀或片狀的腐蝕產(chǎn)物存在，這符合常規(guī)大氣腐蝕的特征。

能譜分析顯示，轉(zhuǎn)軸表面的腐蝕產(chǎn)物主要為鐵的氧化物。但在蝕點(diǎn)處還發(fā)現(xiàn)有Cl 元素存在，同時(shí)也觀察到Al、Si、Mn、S等夾雜物元素的存在，這說明轉(zhuǎn)軸的腐蝕起源于表面的夾雜物，并可能由表面沉積的Cl引發(fā)，如圖3。

4.場取樣分析

根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的制作流程，引起轉(zhuǎn)軸腐蝕的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)可能有磨削過程和端環(huán)焊接后的清洗過程。因此選取轉(zhuǎn)軸外圓磨削乳化液、焊接后的清洗水以及焊接用焊膏等進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)果分別見表2和表3。從表中結(jié)果可以看出，焊接后的清洗水的pH值為6.0，呈酸性，且清洗水中含有大量的氯離子（Cl-）和氟離子（F-）。對比焊膏和自來水的分析結(jié)果可知，焊接后的清洗水中的Cl-和F-是由焊膏帶入的。Cl-和F-作為強(qiáng)腐蝕性促進(jìn)劑，會(huì)破環(huán)材料表面的鈍化膜，加快轉(zhuǎn)軸腐蝕。因此控制焊接后的清洗水中的氯離子和氟離子濃度是控制轉(zhuǎn)軸腐蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表1.機(jī)轉(zhuǎn)軸的化學(xué)成分分析結(jié)果（mass%）

5.驗(yàn)室驗(yàn)證試驗(yàn)

為了更進(jìn)一步確定影響轉(zhuǎn)軸腐蝕的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證試驗(yàn)，以確定焊接后的清洗環(huán)節(jié)是影響轉(zhuǎn)軸腐蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了模擬汗液腐蝕試驗(yàn)，模擬轉(zhuǎn)軸在工序間臨時(shí)存放過程中工人不慎用手觸碰工件給轉(zhuǎn)軸帶來的早期腐蝕的影響。

5.1.樣準(zhǔn)備

將現(xiàn)場取得的轉(zhuǎn)軸樣品用線切割垂直于軸線方向切成3mm厚的圓形試片，試片表面用磨床精磨至Ra3.2，并用SiC水砂紙從200#依序打磨到1500#，丙酮除油和無水乙醇脫水后放入干燥器中干燥24小時(shí)，備用。

5.2.驗(yàn)步驟

5.2.1.同工序?qū)D(zhuǎn)軸腐蝕的影響

選擇現(xiàn)場使用的LOCTITE 755型清洗劑和現(xiàn)場取得的磨削乳化液，以及焊接后清洗水槽中的清洗水三種液體樣品開展實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)。將這三種液體樣品分別噴（涂）在5.1中準(zhǔn)備的試片表面，每隔24小時(shí)噴（涂）一次，保持試片表面濕潤，定期記錄試驗(yàn)表面腐蝕情況。試驗(yàn)在通風(fēng)柜中完成，試驗(yàn)溫度為室溫。分別模擬磨削完成后對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行了及時(shí)擦干和清洗；磨削完成后沒有對轉(zhuǎn)軸表面進(jìn)行及時(shí)清洗，轉(zhuǎn)軸表面殘留有磨削乳化液；以及焊接完成后沒有對轉(zhuǎn)軸表面進(jìn)行及時(shí)清洗，轉(zhuǎn)軸表面殘留有清洗水三種情況。試驗(yàn)過程中焊接后的清洗水加熱到90℃，更接近現(xiàn)場實(shí)際情況。試片表面的腐蝕情況如圖4。

5.2.2.接后清洗水對轉(zhuǎn)軸腐蝕的影響

將現(xiàn)場取得的焊接后清洗水槽中的清洗水加熱到90℃，用膠頭滴管取少量滴在5.1中準(zhǔn)備的試片表面，使試片表面充分潤濕，觀察試片發(fā)生銹蝕的時(shí)間。試驗(yàn)在通風(fēng)柜中完成，試驗(yàn)溫度為室溫。模擬焊接完成后沒有對轉(zhuǎn)軸表面進(jìn)行及時(shí)清洗，轉(zhuǎn)軸表面殘留有清洗水的情況。試片表面的腐蝕發(fā)展情況如圖5。

5.2.3.體模擬汗液對轉(zhuǎn)軸腐蝕的影響

采用分析純試劑和去離子水配制人體模擬汗液[1，2]，將模擬汗液噴涂在5.1中準(zhǔn)備的試片表面，使試片表面充分潤濕，觀察試片發(fā)生銹蝕的時(shí)間。模擬現(xiàn)場由于工人不慎用手觸碰轉(zhuǎn)軸后，轉(zhuǎn)軸發(fā)生銹蝕的情況。人體模擬汗液成分及含量見表4，溶液pH值用H2SO4和氨水調(diào)節(jié)。試片表面的腐蝕情況如圖6。

表3.膏、清洗水和乳化液的Cl離子、F離子含量分析

表2.膏、清洗水和乳化液的pH值分析結(jié)果

5.3.驗(yàn)結(jié)果

5.3.1.同工序?qū)D(zhuǎn)軸腐蝕的影響

從圖4中可以看出，噴（涂）90℃焊接后清洗水的試片表面發(fā)生了嚴(yán)重的銹蝕；噴（涂）乳化劑的試片表面在試驗(yàn)6天后有一層浮銹，但經(jīng)簡單擦拭后即可去除；而噴（涂）LOCTITE 755型清洗劑的試片表面沒有明顯變化。這進(jìn)一步證明，目前影響轉(zhuǎn)軸腐蝕的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)是焊接后的清洗。但是磨削液在轉(zhuǎn)軸表面的殘留仍舊可能造成轉(zhuǎn)軸的早期腐蝕，因此，在轉(zhuǎn)軸磨削完成后若不立即進(jìn)入下一道工序，在1個(gè)工作日內(nèi)必須對轉(zhuǎn)軸表面進(jìn)行清洗并進(jìn)行防銹處理。

5.3.2.接后清洗水對轉(zhuǎn)軸腐蝕的影響

如圖5，將現(xiàn)場取回的焊接后的清洗水加熱到90℃后滴到試片表面，觀察試片發(fā)生腐蝕的情況及時(shí)間。發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)開始15分鐘，試片表面開始出現(xiàn)浮銹，試驗(yàn)開始60分鐘，試片已經(jīng)發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕。這說明，現(xiàn)場加工過程中，轉(zhuǎn)子在焊接端環(huán)后需經(jīng)過90℃循環(huán)水沖洗并在空氣中冷卻至室溫，在冷卻過程中轉(zhuǎn)軸就有可能發(fā)生早期腐蝕。因此，必須在端環(huán)焊接完成、循環(huán)水沖洗后的60分鐘內(nèi)對轉(zhuǎn)軸部分進(jìn)行防銹處理。如若難以保證轉(zhuǎn)子在60分鐘內(nèi)冷卻到室溫，則需要考慮改變清洗方式來延緩轉(zhuǎn)軸的腐蝕。

5.3.3.體模擬汗液對轉(zhuǎn)軸腐蝕的影響

如圖6，噴（涂）人工模擬汗液溶液的試片表面在試驗(yàn)開始1小時(shí)后會(huì)發(fā)生非常嚴(yán)重的腐蝕。因此，汗液對轉(zhuǎn)軸有非常強(qiáng)的腐蝕性，在現(xiàn)場操作過程中應(yīng)避免工人用手直接接觸工件。

6.論

6.1.軸的主要腐蝕類型為不均勻的全面腐蝕，腐蝕形態(tài)符合常規(guī)大氣腐蝕的特征。轉(zhuǎn)軸腐蝕多起源于表面的夾雜物，并由表面沉積的Cl離子引發(fā)。

6.2.制焊接后的清洗水中的Cl離子是控制轉(zhuǎn)軸腐蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

6.3.液對轉(zhuǎn)軸有非常強(qiáng)的腐蝕性，在現(xiàn)場操作過程中應(yīng)嚴(yán)禁工人用手直接接觸工件。

6.4.場應(yīng)選用合適的防銹劑對轉(zhuǎn)軸表面進(jìn)行防銹處理。

7.銹措施建議

根據(jù)上述分析，為了預(yù)防轉(zhuǎn)軸表面腐蝕，建議在轉(zhuǎn)子制作過程中采取如下防銹措施：

7.1.短電機(jī)轉(zhuǎn)子端環(huán)焊接后清洗水的更換周期，在條件允許下，增加一道流動(dòng)蒸餾水或去離子水沖洗，能有效地改善轉(zhuǎn)軸的早期腐蝕，加強(qiáng)防銹劑的防銹效果。

表4.體模擬汗液成分及含量

7.2.削乳化液在轉(zhuǎn)軸表面的殘留可能造成轉(zhuǎn)軸的早期腐蝕，因此，轉(zhuǎn)軸磨削后若不立即進(jìn)入下道工序，在1個(gè)工作日內(nèi)必須對轉(zhuǎn)軸表面進(jìn)行清洗并進(jìn)行防銹處理。

7.3.子在端環(huán)焊接、清洗后的冷卻過程中，轉(zhuǎn)軸就有可能發(fā)生早期腐蝕。建議在焊接、清洗后的60分鐘內(nèi)對轉(zhuǎn)軸部分進(jìn)行防銹處理。

7.4.一步完善現(xiàn)場操作規(guī)范，嚴(yán)禁操作者直接用手接觸磨削和清洗后的轉(zhuǎn)軸表面。

7.5.了更有效地預(yù)防轉(zhuǎn)軸腐蝕，建議采取合適的防銹劑進(jìn)行防銹處理。

[1] Yang Qingqing,Xiong Weihao,Yang Zhen,Shen Dingjie,Wang Ronghui, Corrosion and Tarnish Behaviour of 925Ag75Cu and 925Ag40Cu35Zn Alloys in Synthetic Sweat and H2S atmosphere, Rare Metal Materials and Engineering, 2010, 39(4): 0578-0581.

[2] 楊珍. 合金元素 Zn、Sn、In 對 925 銀組織和性能的影響, 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2007

Analysis of the Corrosion for the Traction Motor Axis in the Manufacturing Process of the Rotor

By means of analysis on materials, corrosion products and manufacturing process, the main corrosion reason for the traction motor axis in the manufacturing of a type of rotor in CSR Zhuzhou Electric Co., Ltd was discussed in this paper. Simulated experiments were also tested. Finally, the key process causing axis corrosion was discovered and some suggestion on preventing the axis from corrosion focused on these processes was made.

traction motor axis；analysis of corrosion；anti-corrosion；suggestion

毛曉軍（1969，11），男，江西吉水，工程師，南京航空航天大學(xué)航空工程專業(yè)工程碩士；從事牽引電力機(jī)車電機(jī)、高速動(dòng)車電機(jī)、城軌電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等的制造技術(shù)和工藝研發(fā)等工作。