空調(diào)蒸發(fā)器銅管腐蝕分析及預(yù)防

鄭小郴 韓順訓(xùn) 張 洋

（1.珠海格力電器股份有限公司 珠海 519060；2.格力電器（洛陽）有限公司 洛陽 471000）

引言

隨著氣候的變化及人民生活水平的提高，很多家庭都普遍安裝有空調(diào)器，而空調(diào)的安裝使用環(huán)境也變得越來越復(fù)雜，從居家臥室使用到商業(yè)店鋪，辦公作坊等等，復(fù)雜的安裝使用環(huán)境也對空調(diào)的零部件質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格要求。根據(jù)行業(yè)信息反饋，在收到的投訴方面，冷媒泄露是最重要部分之一。這使得空調(diào)直接喪失了最本質(zhì)的功能，直接影響客戶使用，且維修難度較大，維修成本高；而腐蝕是一種不可避免的自然現(xiàn)象，因造成經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。因此，有效的降低和解決蒸發(fā)器管路腐蝕成為當(dāng)務(wù)之急。

本文筆者通過對U管路腐蝕的故障件失效原理的檢驗(yàn)及分析，結(jié)合自身開發(fā)經(jīng)驗(yàn)及立足于基礎(chǔ)研究進(jìn)行的腐蝕控制技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用。針對性的提出了預(yù)防和改進(jìn)措施。對后續(xù)售后服務(wù)及開發(fā)研究人員在此類零部件的開發(fā)時(shí)起到一定的指導(dǎo)作用。

1 蒸發(fā)器銅管腐蝕泄漏失效分析

行業(yè)信息反饋東南亞市場某品牌空調(diào)器分體內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器出現(xiàn)冷媒泄漏問題，根據(jù)圖1故障樣件信息及泄漏部位形貌，可見各樣件U管底部及邊板均腐蝕生銹嚴(yán)重，U管表面腐蝕腐黑，局部可見銅綠。依據(jù)故障件復(fù)核分析情況初步判斷為環(huán)境因素腐蝕導(dǎo)致。

圖1 故障件外觀圖

1.1 微觀分析

由于空調(diào)器從生產(chǎn)到安裝使用，在世界各個(gè)地區(qū)的使用工況各不相同，面對各種極端惡劣條件。對于銅管泄露失效的原因存在許多種可能，但是普遍導(dǎo)致失效的三種原因有：外部環(huán)境腐蝕泄漏、外力破壞銅管泄漏、應(yīng)力應(yīng)變銅管泄漏。其不同原因造成的失效機(jī)理在微觀分析的腐蝕紋也各不相同，見表1。

表1 典型失效機(jī)理對比

通過買回故障樣機(jī)，取銅管腐蝕失效的故障件，在各樣件標(biāo)記泄漏點(diǎn)位置制樣，在金相顯微鏡下觀察，結(jié)果如圖2所示，腐蝕由螺紋管外表面向內(nèi)逐漸擴(kuò)展，最終貫穿形成泄漏通道。均呈典型環(huán)境腐蝕痕跡。

圖2 金相分析圖

1.2 腐蝕機(jī)制分析

由于冷凝作用，U端表面會(huì)凝聚大量的水膜，停機(jī)后水膜仍能存在2～3 H，空氣中的腐蝕介質(zhì)SO2、H2S、CO2和NH3等均能溶于水膜成為強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，加速銅管的腐蝕，隨著環(huán)境氣氛相對濕度和溫差變化這種作用更強(qiáng)。

初期的銅管表面清潔未吸附水分，在開機(jī)運(yùn)行5 min左右后，銅管表面形成薄液膜。空氣的灰塵、鹽分及污染性體（SO2）等溶于薄液膜 ，使水pH降低，促進(jìn)腐蝕。隨著腐蝕產(chǎn)物積累，在銅管表面形成疏松的疏松的腐蝕產(chǎn)物層，由于毛細(xì)作用。疏松的腐蝕產(chǎn)物層極易吸收水分，延長銅管潤濕時(shí)間，加強(qiáng)腐蝕作用。

通?？照{(diào)器的排水管都接向下水道，下水道中也含有 H2S、NH3等對銅材有強(qiáng)腐蝕性的氣體，空調(diào)器制冷的過程中，銅管冷凝產(chǎn)生凝露水，多數(shù)凝露水滴落后隨水路排放，在該U管位置與角形架裝配，且角形架端口對于U管呈包圍形，U管凝露產(chǎn)生的凝露水排放困難，難以排干凈及難蒸發(fā)，長期處于潮濕、帶腐蝕性氣體的環(huán)境中，導(dǎo)致銅管表面長期與水接觸，導(dǎo)致 U管薄弱處發(fā)生腐蝕穿孔泄漏，見圖3。

圖3 銅管腐蝕過程示意圖

而腐蝕形成的機(jī)理并不復(fù)雜，其化學(xué)反應(yīng)也通常被認(rèn)為是一種自催化反應(yīng)，以與低級羧酸X的反應(yīng)為例，其反應(yīng)步驟如下：

其最后兩步反應(yīng)則是腐蝕問題的關(guān)鍵點(diǎn)，其過程將不間斷的反復(fù)發(fā)生，直至銅管被腐蝕穿透；并且在蒸發(fā)器中，鍍鋅鋼板被腐蝕后產(chǎn)生的鐵銹水含有較強(qiáng)氧化性鐵離子，另外，空氣中含有的Cl、S等在潮濕的銅管表面上作用首先會(huì)破壞銅管表面的氧化膜，使銅管的耐腐蝕性很大程度的下降，更關(guān)鍵的是銅管可直接被氧化產(chǎn)生銅離子，進(jìn)一步和上述反應(yīng)中的羧酸根離子X產(chǎn)生反應(yīng)生成羧酸銅，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)生CuX的反應(yīng)進(jìn)行，加快了腐蝕反應(yīng)的速度。

1.3 腐蝕產(chǎn)物來源分析

2018年以來，印度尼西亞地區(qū)各品牌廠家的空調(diào)也發(fā)生了不同程度的腐蝕情況反饋；通過安排技術(shù)人員實(shí)地調(diào)查，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)近年來空氣污染情況存在一定程度的變化；根據(jù)國際環(huán)保組織“綠色和平”發(fā)布的一份報(bào)告，顯示，近10年來，印尼空氣質(zhì)量污染程度加劇，首都雅加達(dá)已成為“東南亞空氣質(zhì)量最差城市”。

Air Visual根據(jù)各個(gè)國家的官方發(fā)布的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了世界上3000多個(gè)城市年均空氣質(zhì)量，推出了一份《WORLD AIR QUALITY REPORT》；報(bào)告顯示：其中全球有高達(dá)64 %的城市超過了世界衛(wèi)生組織關(guān)于PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)，而南亞99 %、東南亞95 %和東亞89 %的城市超標(biāo)，整個(gè)東南亞只有4.5 %的城市年均PM2.5達(dá)標(biāo)。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，在空氣最差的15座城市里，泰國包攬了其中10座，全球空氣質(zhì)量污染見圖4。

圖4 2020年-全球空氣質(zhì)量污染圖

基于上述數(shù)據(jù)，印尼火山較多，首都雅加達(dá)空氣污染嚴(yán)重；汽車尾氣和火山氣體SO2和H2S等氣體，易溶于水后產(chǎn)生酸并與銅管發(fā)生反應(yīng)。SO2和Cu之間會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，且SO2會(huì)通過酸化吸附水膜而使銅管表面的膜分解，并且在腐蝕物中形成硫酸物。

同期，我們收到反饋，東南亞不同地區(qū)的類似腐蝕案例增多。通過對客戶提供的故障件，從U管表面刮取腐蝕物，送樣做成分測試；測試結(jié)果顯示包含硫元素，而正常銅表面不應(yīng)含有硫元素，判斷為使用環(huán)境中含有硫化物導(dǎo)致蒸發(fā)器腐蝕泄漏。

2 預(yù)防改進(jìn)措施

結(jié)合多元分析，基于以上腐蝕機(jī)理，造成環(huán)境腐蝕破壞的主要原因在于空氣中存在的腐蝕物質(zhì)與銅管長期一起作用導(dǎo)致銅管腐蝕失效。那么如能阻斷腐蝕氣體與銅管的接觸則能夠很大程度上有效的降低腐蝕情況的產(chǎn)生。通過實(shí)驗(yàn)對蒸發(fā)器銅管的防腐蝕工藝進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

耐腐蝕方案驗(yàn)證情況：360 h（相當(dāng)于正常使用腐蝕時(shí)長15年）中性鹽霧試驗(yàn)，樣銅管涂層無脫落、表面腐蝕等不良現(xiàn)象，防腐效果優(yōu)良。

因此，我們評估對蒸發(fā)器端面增加防腐工藝，很大程度上能有效保護(hù)銅管，見圖5。且從2019年開始對實(shí)驗(yàn)樣品增加防腐工藝進(jìn)行長期鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)，至今無產(chǎn)生及影響售后的腐蝕問題出現(xiàn)，證實(shí)該工藝能夠有效防腐。對于后續(xù)機(jī)型的選用建議使用防腐蒸發(fā)器（U管處增加噴涂防腐），同步排查用戶生活環(huán)境是否使用含有硫、氯元素的化學(xué)用品、廚房油煙排氣是否與內(nèi)機(jī)安裝空間連通。安裝過程中盡量避免將排水管口放置在下水道、廁所等環(huán)境附近；并且在存在高污染、高鹽分、高濃度污染性氣體（SO2）等特殊環(huán)境中的換熱器建議銅管做防腐處理。

圖5 銅管腐蝕環(huán)境中1年微觀形貌圖

3 總結(jié)

本次東南亞品牌冷媒泄露故障蒸發(fā)器組件，對其泄漏點(diǎn)位置進(jìn)行金相分析，確定為由外往內(nèi)的環(huán)境腐蝕；主要原因?yàn)榭照{(diào)使用環(huán)境惡劣，環(huán)境中含有腐蝕銅管的物質(zhì)，蒸發(fā)器部件銅管無防腐蝕措施導(dǎo)致腐蝕泄漏。

當(dāng)然除了以上問題點(diǎn)，也可能存在其他的原因?qū)е吕涿降男孤峨S著空調(diào)行業(yè)發(fā)展，除了上述解決方案也可通過改變結(jié)構(gòu)加快U管表面水分的蒸發(fā)速率等等，因此需要各類技術(shù)人員的不斷深研優(yōu)化，畢竟消費(fèi)者使用的舒適性和產(chǎn)品安全是我們開發(fā)人員的第一責(zé)任。