紫銅管在潤(rùn)滑油水溶液中的腐蝕行為

鄭健斌 朱波 馬立群

摘 要：本文通過(guò)加速潤(rùn)滑油與水反應(yīng)制備出相應(yīng)的水解溶液，并利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡及電化學(xué)工作站等手段，分析了不同加熱條件下的紫銅管在該水溶液中的耐腐蝕性能。結(jié)果表明：紫銅管在140℃加熱15分鐘為最佳工藝條件。

關(guān)鍵詞：銅；腐蝕形貌；腐蝕性能

0 引言

隨著人民生活水平的提高，空調(diào)由最初的奢侈品走入千家萬(wàn)戶(hù)。然而在空調(diào)換熱器的生產(chǎn)過(guò)程中，由腐蝕引發(fā)的各種問(wèn)題一直存在，而問(wèn)題的集中點(diǎn)在于空調(diào)換熱器中銅管的腐蝕。銅作為一種相對(duì)強(qiáng)度較高，耐蝕性較好，導(dǎo)熱性好的金屬材料被廣泛應(yīng)用于空調(diào)移機(jī)制冷行業(yè)。在正常的換熱器生產(chǎn)過(guò)程中，銅管在彎曲潤(rùn)滑過(guò)后要進(jìn)行脹管、穿管，在脹管穿管過(guò)程中大量的揮發(fā)油被引入到銅管的外表面和內(nèi)表面。根據(jù)C.Leygraf等人提出的銅管表面會(huì)形成一層液態(tài)膜層理論，在脹管和穿管工序之后，由于有潤(rùn)滑油的殘留，在后續(xù)烘干過(guò)程中極易與吸附在銅管表層的液態(tài)膜層反應(yīng)，使得含水膜層酸化，造成銅管腐蝕，引起大批量的銅管失效[1-2]。在脹管、穿管之后的烘干過(guò)程中，烘干溫度和烘干時(shí)間對(duì)揮發(fā)油的揮發(fā)和液態(tài)膜層以及銅表面的氧化反應(yīng)都有著重要的影響，因此優(yōu)化烘干過(guò)程中烘干溫度和烘干時(shí)間對(duì)減少銅管批量失效有著重大意義。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)原料采用商用的紫銅管以及工業(yè)用的銅管潤(rùn)滑劑。利用堿催化潤(rùn)滑油水解的原理，制備出水解溶液。首先制備水解溶液，取50ml等體積的潤(rùn)滑油A與1M NaOH溶液，置于圓底燒瓶中，加熱至溶液沸騰后，保持溶液煮沸狀態(tài)30～45分鐘，冷卻至室溫時(shí)，分離出水相和有機(jī)相，收集水相作為腐蝕溶液進(jìn)行加速試驗(yàn)。

將紫銅管在110℃、140℃和190℃加熱15分鐘和30分鐘，分別放置于制備得的腐蝕溶液中，25℃恒溫水浴加熱，浸泡25天。浸泡后用蒸餾水沖洗紫銅管外表面，吹干，用光學(xué)顯微鏡觀察其外表面的宏觀腐蝕，用掃描電鏡觀察其腐蝕形貌，對(duì)比腐蝕形貌上腐蝕的嚴(yán)重程度判斷試樣耐蝕性的好壞。

2 結(jié)果與討論

2.1 宏觀形貌分析

圖1中a、b、c圖分別為110℃、140℃和190℃烘干后浸泡25天試樣的表面形貌圖（烘干15分鐘與30分鐘所獲得表面相一致，故在此只針對(duì)不同溫度進(jìn)行討論）。由圖可知試樣在烘干浸泡處理后表面都會(huì)產(chǎn)生一定的腐蝕斑點(diǎn)。尤其在110℃烘干處理后，表面類(lèi)似于腐蝕斑點(diǎn)的形貌最為密集。相對(duì)而言，在140℃度烘干處理的試樣表面的腐蝕斑點(diǎn)最少，耐蝕性能相對(duì)較好。從變色程度來(lái)看，110℃和140℃處理的試樣顏色變化不明顯，而由190℃處理的試樣表面變成紫紅色。劉秩強(qiáng)等人[3]指出銅管表面顏色的變化是由于銅表面液態(tài)膜層下的電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的。因此，我們可以認(rèn)為，在溫度升高到190℃時(shí)試樣表面已經(jīng)發(fā)生均勻的電化學(xué)腐蝕，使得表面呈現(xiàn)紫紅色。在后續(xù)的浸泡過(guò)程中這種均勻的電化學(xué)腐蝕保留下來(lái)，同時(shí)在浸泡過(guò)程中有局部點(diǎn)蝕的產(chǎn)生，故整體的銅管表面呈紫紅色并有部分的腐蝕斑點(diǎn)出現(xiàn)。

2.2 SEM分析

圖2中a、b、c圖分別為110℃、140℃和190℃烘干后浸泡25天試樣的SEM圖。從圖中可見(jiàn)在110℃處理的試樣表面所形成的點(diǎn)蝕孔洞較少。圖2（a）與圖1（a）所獲得的是同一個(gè)腐蝕區(qū)域的表面形貌。在結(jié)果上的差異可能是由于在宏觀觀察上試樣表面的潔凈度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響。在140℃處理時(shí)，試樣所形成的點(diǎn)蝕孔洞比較集中，但是數(shù)量上較少。在190℃處理時(shí)，在宏觀表面上大部分的點(diǎn)蝕孔洞為顏色所遮蓋不能全面清晰的觀察出來(lái)。由宏觀形貌和SEM圖可知，在190℃處理的試樣表面耐蝕性能較110℃和140℃處理的試樣差。

3 結(jié)論

（1）在烘干過(guò)程中，溫度在110℃～190℃區(qū)間內(nèi)，試樣的耐蝕性能隨著溫度升高，先升高在下降。當(dāng)烘干溫度保持在140℃，保溫時(shí)間在15分鐘，獲得的試樣表面耐蝕性能最好。其電荷轉(zhuǎn)移電阻為1503ohm·cm2，腐蝕電位為-0.24V，腐蝕電流分別為2.109×10-5A。

（2）在同一溫度點(diǎn)，保溫時(shí)間為15分鐘試樣的耐蝕性能普遍大于保溫30分鐘，保溫時(shí)間適當(dāng)?shù)慕档陀欣谔岣咩~表面的耐蝕性能。

參考文獻(xiàn)

[1]馬宗理，張金利，范震，等.空調(diào)制冷銅管的蟻巢腐蝕（上）[J].制冷與空調(diào)（北京），2005，5（1）：1-5.

[2]馬宗理，張金利，范震，等.空調(diào)制冷銅管的蟻巢腐蝕（下）[J].制冷與空調(diào)，2005，5（2）：6-10.

[3]劉軼強(qiáng)，賀天元.紫銅管材表面變色機(jī)制與微觀形貌特征[J].熱加工工藝，2015，（10）：230-233.

（作者單位：廣東美的暖通設(shè)備有限公司）