某Y型過濾器開裂原因

沙 菲

(上海材料研究所,上海 200437)

用于空調(diào)系統(tǒng)的某Y型過濾器材料為HPb57-3鋼，熱處理方式為紅沖鍛壓工藝，主要作用為消除介質(zhì)中的雜質(zhì)，保護閥門和設備的正常使用。該Y型過濾器運行20個月后，在空調(diào)系統(tǒng)制熱過程中，末端機盤管漏水，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)是Y型過濾器開裂引起的。筆者采用一系列理化檢驗分析了該過濾器開裂的原因，以避免該類問題再次發(fā)生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

開裂過濾器的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：過濾器端面一側(cè)有裂紋，裂紋長度約為2.5 cm，且外壁裂紋長度大于內(nèi)壁，裂紋基本垂直于端面，與軸向大致平行，Y型過濾器內(nèi)、外壁均可見大量異物；將過濾器沿裂紋打開，可見斷面大部分區(qū)域呈土黃色，端面螺紋處呈灰白色，人工打開斷口區(qū)域呈亮黃色。

1.2 化學成分分析

在開裂過濾器處取樣進行化學成分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 開裂過濾器的化學成分分析結(jié)果 %

1.3 掃描電鏡(SEM)及能譜分析

1.3.1 斷面

將開裂過濾器斷面清洗后，用Quanta400 FEG型SEM進行分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：原始斷口大部分區(qū)域被異物覆蓋，末端可見裂紋；人工打開斷口呈韌窩特征。

圖2 斷面的SEM形貌

采用能譜分析儀對開裂過濾器斷面進行分析，結(jié)果如圖3所示，可見從靠近端面外壁到內(nèi)壁，Zn，O元素的質(zhì)量分數(shù)逐漸增加，螺紋處O元素的質(zhì)量分數(shù)為9.59%，Zn元素的質(zhì)量分數(shù)為69.11%。

圖3 斷面的能譜分析結(jié)果

1.3.2 端面

將開裂過濾器端面清洗后，進行SEM分析，結(jié)果如圖4所示，可見端面大部分區(qū)域被灰白色異物覆蓋，且有與斷口平行的裂紋。采用能譜分析儀對灰白色異物進行分析，結(jié)果如圖5所示，可知異物中Cl元素的質(zhì)量分數(shù)為0.80%，Zn元素的質(zhì)量分數(shù)為72.43%。

圖4 端面的SEM形貌

圖5 端面異物的能譜分析結(jié)果

1.3.3 內(nèi)壁

對開裂過濾器內(nèi)壁進行SEM分析，結(jié)果如圖6所示，可見內(nèi)壁大部分區(qū)域被異物覆蓋，局部區(qū)域可見平行裂紋。對內(nèi)壁異物進行能譜分析，結(jié)果如圖7所示，可知異物中O元素的質(zhì)量分數(shù)為12.95%，F(xiàn)e元素的質(zhì)量分數(shù)為41.10%。

圖6 內(nèi)壁的SEM形貌

圖7 內(nèi)壁異物的能譜分析結(jié)果

1.3.4 外壁

圖8 外壁的SEM形貌

圖9 外壁異物的能譜分析結(jié)果

對開裂過濾器的外壁進行SEM分析，結(jié)果如圖8所示，可見外壁大部分區(qū)域被異物覆蓋。對外壁異物進行能譜分析，結(jié)果如圖9所示，可知異物中O元素的質(zhì)量分數(shù)為7.00%，S元素的質(zhì)量分數(shù)為3.37%，Cl元素的質(zhì)量分數(shù)為2.60%，Zn元素的質(zhì)量分數(shù)為58.51%。

1.3.5 剖面

在開裂過濾器的剖面處截取試樣，經(jīng)鑲嵌、磨拋后，對試樣進行SEM分析，結(jié)果如圖10所示，可見斷口處有裂紋。對被腐蝕的β相和正常區(qū)域進行能譜分析，結(jié)果如圖11所示。由圖11可知：被腐蝕的β相中S元素的質(zhì)量分數(shù)為0.88%，Zn元素的質(zhì)量分數(shù)為11.21%，Cu元素的質(zhì)量分數(shù)為83.91%；正常區(qū)域中Zn元素的質(zhì)量分數(shù)為43.10%，Cu元素的質(zhì)量分數(shù)為54.28%。

圖10 剖面處的SEM形貌

1.4 金相檢驗

在開裂過濾器的剖面處截取試樣，經(jīng)鑲嵌、磨拋、侵蝕后，對試樣進行金相檢驗，結(jié)果如圖12所示，可知開裂過濾器的顯微組織為α+β相，斷口處和外壁均有疏松的銅和富銅相。

圖11 被腐蝕的β相和正常區(qū)域的能譜分析結(jié)果

圖12 開裂過濾器的顯微組織形貌

2 綜合分析

脫鋅腐蝕是指黃銅合金中的合金元素在腐蝕介質(zhì)中不是按它們在合金中的比例溶解，而是電位較低、相對較有活性的Zn元素因電化學作用而被選擇性溶解的腐蝕現(xiàn)象。黃銅合金發(fā)生脫鋅腐蝕與合金中的鋅元素含量有關(guān)，當黃銅合金中的Zn元素質(zhì)量分數(shù)大于20%時，Zn元素在水溶液中易先溶解，留下多孔的銅。黃銅的脫鋅腐蝕不僅在中性的海水、河水、工業(yè)水中發(fā)生，也能在酸性較強的介質(zhì)、堿性介質(zhì)及各種鹽類溶液中發(fā)生。此外，過電位也影響黃銅的脫鋅過程，如在低電位下，脫鋅會發(fā)生相轉(zhuǎn)變，而在高電位下，會直接變成疏松的銅或富銅相[1]。

Y型過濾器中Zn元素的質(zhì)量分數(shù)為38.03%，遠大于20%，在接觸腐蝕性介質(zhì)時易發(fā)生脫鋅腐蝕。經(jīng)能譜分析結(jié)果可知，Y型過濾器內(nèi)、外壁，端面以及斷面處的異物均存在腐蝕性元素O，S，Cl，外壁、斷面和端面上存在的灰白色異物含有較多Zn元素，為脫鋅析出。該Y型過濾器的工作介質(zhì)中含O，S，Cl等腐蝕元素，發(fā)生了脫鋅腐蝕，最終導致過濾器發(fā)生開裂。

3 結(jié)論

該Y型過濾器的開裂原因為：過濾器接觸含O，S，Cl等元素的腐蝕介質(zhì)，發(fā)生了脫鋅腐蝕，導致過濾器發(fā)生開裂。