轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部電鍍零件快速腐蝕問題的初探

段桂梅

(西安工業(yè)集團西安鐵路信號有限責(zé)任公司，西安 710100)

1 概述

轉(zhuǎn)轍機作為鐵路道岔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的動力執(zhí)行單元，用來轉(zhuǎn)換各種鐵路道岔，改變道岔開通方向，鎖閉道岔尖軌和可動心軌，反映道岔尖軌和可動心軌位置狀態(tài)。目前鐵路道岔應(yīng)用地域廣泛，現(xiàn)場使用環(huán)境復(fù)雜，對轉(zhuǎn)轍機及其零件的防腐性能要求較高。

轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部零件大多采用電鍍作為防腐手段，早期以鍍鋅為主，后因零件出現(xiàn)快速腐蝕現(xiàn)象，鍍鋅大部分被改成了鍍銅鎳鉻?，F(xiàn)今，除鍍銅鎳鉻零件外，還有鍍鎳鍍鋅、電解鈍化零件，這3 種零件仍然存在著偶爾批量出現(xiàn)快速腐蝕的現(xiàn)象，其特點是零件在鍍后的存儲過程中不會出現(xiàn)腐蝕，一旦組裝到轉(zhuǎn)轍機內(nèi)，尤其是在地鐵潮濕環(huán)境、沿海腐蝕環(huán)境中等特殊環(huán)境條件下易出現(xiàn)快速的腐蝕。根據(jù)部分鐵路局電務(wù)段轉(zhuǎn)轍機安裝人員的經(jīng)驗，新轉(zhuǎn)轍機到達(dá)安裝現(xiàn)場后必須開蓋放置一段時間以保持機內(nèi)通風(fēng)干燥，則出現(xiàn)快速腐蝕現(xiàn)象概率較低。

2 腐蝕環(huán)境分析

初看起來，這種快速腐蝕與電鍍零件的質(zhì)量有關(guān)，但仔細(xì)分析后，可以發(fā)現(xiàn)快速腐蝕與轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部的環(huán)境有著很大的關(guān)系，因為轉(zhuǎn)轍機是一個密閉結(jié)構(gòu)。通過對已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的轉(zhuǎn)轍機進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)開蓋后的轉(zhuǎn)轍機內(nèi)有濃重的有機溶劑氣味，箱體內(nèi)部的零件和箱壁掛滿了液體，如同剛剛水洗過的一般。初步懷疑這種快速腐蝕的起因是機箱內(nèi)存在著高濕以及某些有機氣氛。

一般而言，有機物對金屬的腐蝕較少見。轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部能夠形成有機氣氛，應(yīng)當(dāng)是某些有機材料具有揮發(fā)氣體的作用。許多有機材料，如橡膠、涂料、木材、塑料等都可以揮發(fā)出有機氣體，而在轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部就存在著絕緣漆、橡膠、膠木和醇酸磁漆等有機材料。在對轉(zhuǎn)轍機組裝車間進(jìn)行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，組裝完成后的轉(zhuǎn)轍機，可能存在油漆未完全干燥的情況下就進(jìn)行上蓋密封的情況。為了尋找產(chǎn)生快速腐蝕物質(zhì)，進(jìn)行了多項試驗。

3 試驗

3.1 試驗樣件

3 種試驗樣件分別為：Q235 鋼件鍍鋅（Ep·Zn12·c2C）；QBe2-CY2 鈹青銅件鍍鎳（Ep·Ni7）；QSn6.5-0.4Y 錫青銅件電解鈍化（Et·P）。

3.2 模擬環(huán)境

經(jīng)過對轉(zhuǎn)轍機所使用的材料以及組裝過程詳細(xì)了解后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機共使用了4 種有機材料，分別是用于轉(zhuǎn)轍機箱內(nèi)表面處理的C04-2 醇酸磁漆、用于密封的橡膠圈、用于接點片支撐的膠木底座、用于接點底座表面處理的丙烯酸絕緣漆。

試驗中，先將剪碎的密封橡膠、砸碎的膠木、未干燥的醇酸磁漆和未干燥的絕緣漆，分別置于各自錐形瓶的底部，量以鋪滿瓶底為準(zhǔn)；再將3 種試驗樣件懸于錐形瓶的中上部，加蓋密封。模擬以上4 種有機氣氛環(huán)境，在室溫下存儲。

3.3 檢測分析

對轉(zhuǎn)轍機內(nèi)已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的電鍍鎳零件，用掃描電子顯微鏡進(jìn)行表面微觀形貌觀察，利用其配備的能譜儀（EDS）分析腐蝕產(chǎn)物主要成分及含量。

4 結(jié)果與討論

4.1 腐蝕結(jié)果

264 h 模擬環(huán)境試驗后，樣件表面狀況分別為：在裝有醇酸磁漆的錐形瓶中，鍍鋅件從第8 天開始出現(xiàn)點蝕并逐漸加重、鍍鎳件和電解鈍化件第4 天開始出現(xiàn)變色和點蝕并逐漸加重；在裝有其他3 種有機材料的錐形瓶中，樣件表面均未出現(xiàn)腐蝕狀況。其結(jié)果如表1，圖1、2 所示。

表1 264 h后試樣在四種有機氣氛中的腐蝕情況Tab.1 Corrosion situation of samples in four organic atmospheres after 264 h

圖1 在未干燥的醇酸磁漆氣氛中放置264 h的宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of samples placed in a undried alkyd enamel atmosphere for 264 h

圖2 在其余3種有機氣氛中放置264 h的宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of samples placed in the other three types of organic atmospheres for 264 h

初步試驗的結(jié)果表明，在未干燥的絕緣漆、膠木和橡膠等氣氛中的試樣未出現(xiàn)腐蝕，而在未干燥的醇酸磁漆氣氛中，試樣出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕，說明未干燥的醇酸磁漆氣氛可能是快速腐蝕的主要原因。

醇酸磁漆一般由醇酸樹脂、顏料、助劑和溶劑等構(gòu)成，根據(jù)相關(guān)資料分析，醇酸磁漆可以揮發(fā)出多種有機物，其中乙酸氣體引起了注意。在醇酸磁漆的稀釋劑中，一般會有乙酸乙酯，揮發(fā)成氣體的乙酸乙酯在潮濕的環(huán)境中，能發(fā)生如下水解反應(yīng)：

C H3C O O C H2C H3+H2O →C H3C O O H+ CH3CH2OH

在水、氧氣和乙酸的共同作用下，電鍍層受到了腐蝕。為了驗證推測，用同樣的方法進(jìn)行了模擬試驗，結(jié)果如圖3、4 所示。

試樣在干燥的乙酸乙酯氣氛中不發(fā)生腐蝕，試樣和錐形瓶壁上沒有液體；試樣在潮濕的乙酸乙酯氣氛中發(fā)生腐蝕，試樣和錐形瓶壁上出現(xiàn)了液體，這和轉(zhuǎn)轍機箱壁與零件上形成的液體一致。雖然試驗結(jié)果表明在潮濕的乙酸乙酯氣氛下零件會發(fā)生腐蝕，但腐蝕速度遠(yuǎn)沒有現(xiàn)實中的快，也沒有未干燥的醇酸磁漆氣氛腐蝕試驗的速度快，直到6 個月后才能觀察到腐蝕現(xiàn)象，這種情況可能說明乙酸并不是主要的腐蝕物質(zhì)。

圖3 在潮濕的乙酸乙酯氣氛中放置4 800 h的宏觀形貌Fig.3 Macro morphology of samples placed in a moist alkyd enamel atmosphere for 4 800 h

圖4 在干燥的乙酸乙酯氣氛中放置4 800 h的宏觀形貌Fig.4 Macro morphology of samples placed in a dry alkyd enamel atmosphere for 4 800 h

4.2 腐蝕產(chǎn)物

圖5 為鍍鎳零件表面腐蝕產(chǎn)物的微觀形貌和ESD 譜。從圖5 可以看出鍍鎳層在腐蝕后會形成一層白色的腐蝕產(chǎn)物。由圖5 可知，腐蝕產(chǎn)物主要成分為C、O 和Ni，其相對含量如表2 所示，其中Ni 為鍍層成分。腐蝕產(chǎn)物不導(dǎo)電，所以推測可能是有機物，需要進(jìn)一步做紅外光譜測試，如圖6 所示。

表2 腐蝕產(chǎn)物主要成分及含量Tab.2 Main composition and content of corrosion products

圖6 中（a）為標(biāo)準(zhǔn)譜圖，（b）為試樣測試譜圖，測試譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對比分析，腐蝕產(chǎn)物為鎳的甲酸鹽，化學(xué)式為C2H2NiO4·（2H2O）。

EDS 和紅外光譜分析結(jié)果表明，甲酸是主要的腐蝕物，其腐蝕鎳鍍層可表示為：

Ni+O2+H2O+2H COOH →Ni（H COO）2·XH2O

圖5 腐蝕產(chǎn)物微觀形貌和EDS譜Fig.5 Micro morphology and EDS spectrum of corrosion products

圖6 紅外線譜分析Fig.6 Infrared spectrum analysis

甲酸來源于C04-2 醇酸磁漆或是稀釋劑。在試驗過程中，發(fā)現(xiàn)用生產(chǎn)現(xiàn)場的醇酸磁漆做試驗，重現(xiàn)性較差。一段時間內(nèi)，試驗的腐蝕很快，一段時間內(nèi)，腐蝕又較慢，這可能是在生產(chǎn)上，不同時期使用了不同品牌或不同批次的醇酸磁漆以及稀釋劑，也就是說，快速腐蝕與C04-2 醇酸磁漆及稀釋劑的質(zhì)量有一定的關(guān)系。事實上，完全實干的醇酸磁漆沒有發(fā)現(xiàn)快速腐蝕現(xiàn)象，鐵路局電務(wù)段將新轉(zhuǎn)轍機開蓋放置一段時間的經(jīng)驗，其實質(zhì)是讓機內(nèi)的有機氣氛逸出并讓醇酸磁漆實干。綜上所述，快速腐蝕的原因是在密閉的環(huán)境中，未實干的醇酸磁漆揮發(fā)出甲酸等有機物，在潮濕氣體以及氧氣的共同作用下，使轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部的零件出現(xiàn)快速腐蝕。

轉(zhuǎn)轍機在組裝過程中沒有時間使醇酸磁漆實干，在這種情況下，選用快干漆是一個好辦法。選用兩種快干漆，即環(huán)氧快干漆和聚氨酯快干漆，試驗中模擬組裝過程，結(jié)果沒有出現(xiàn)任何快速腐蝕現(xiàn)象。

5 結(jié)論

醇酸磁漆是引起轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部電鍍零件快速腐蝕的有機材料。腐蝕物主要來源是醇酸磁漆或稀釋劑中的甲酸等低級脂肪酸，其次可能有乙酸乙酯水解后的產(chǎn)物。

實際生產(chǎn)中，選用丙烯酸聚氨酯磁漆后，轉(zhuǎn)轍機內(nèi)電鍍零件快速腐蝕現(xiàn)象消失。