牽引電機轉子制作過程中轉軸表面腐蝕原因分析

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

牽引電機轉子制作過程中轉軸表面腐蝕原因分析

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

本文通過對轉軸材質分析、表面腐蝕產物分析、關鍵工藝環節分析和模擬試驗，系統討論了南車電機公司某型牽引電機轉子制作過程中轉軸腐蝕的主要原因，著重于尋找影響電機轉軸腐蝕的主要工藝環節。最終，針對影響電機轉軸腐蝕的主要工藝環節提出了相應的防腐蝕措施建議。

牽引電機轉軸；腐蝕原因分析；防腐蝕；建議

1.言

南車電機公司生產的某型電機轉子的轉軸材料為35CrMo，這是一種典型的低合金結構鋼。具有良好的綜合力學性能和工藝性能。轉軸材料經【毛坯鍛造】→【毛坯粗加工】→【調質處理】→【精車加工】→【精磨加工】→【轉子熱套】→【焊接端環】→【清洗】→【車削端環】→【動平衡】→【組裝】，制作成為電機轉子。

南車電機公司某型電機轉子在生產制造過程中工序間存放和半成品、成品存放時就發現電機轉軸的早期腐蝕，不僅給生產企業帶來了較大的經濟損失，且給企業形象造成不良影響。本文從材質和生產工藝環節等方面分析了轉軸腐蝕的原因，并結合南車電機公司生產情況，提出解決這一問題的改進建議。

2.軸材質分析

用電感耦合等離子體發射光譜（ICP-AES）分析轉軸成分，結果見表1。從表中數據可知，該型轉軸材料基本符合國家標準要求。

根據國家標準《GB/T10561-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測定，標準評級圖顯微檢驗法》用Leica DM6000M 型全自動金相顯微鏡對轉軸材質的非金屬夾雜物進行了觀察，結果見圖1。結合能譜分析可知，轉軸材質中的夾雜物主要有三種：含Ti的不規則形狀夾雜、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影響轉軸的耐腐蝕性能。

3.軸表面腐蝕產物分析

現場調研發現，電機轉軸表面發生的是不均勻的全面腐蝕。用掃描電子顯微鏡對腐蝕點進行觀察（見圖2），發現轉軸表面的腐蝕起源于點蝕，腐蝕產物呈團塊狀，表面有開裂，在開裂和蝕點中心發現有細碎的針狀或片狀的腐蝕產物存在，這符合常規大氣腐蝕的特征。

能譜分析顯示，轉軸表面的腐蝕產物主要為鐵的氧化物。但在蝕點處還發現有Cl 元素存在，同時也觀察到Al、Si、Mn、S等夾雜物元素的存在，這說明轉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，如圖3。

4.場取樣分析

根據電機轉子的制作流程，引起轉軸腐蝕的關鍵工藝環節可能有磨削過程和端環焊接后的清洗過程。因此選取轉軸外圓磨削乳化液、焊接后的清洗水以及焊接用焊膏等進行進一步分析，結果分別見表2和表3。從表中結果可以看出，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-作為強腐蝕性促進劑，會破環材料表面的鈍化膜，加快轉軸腐蝕。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軸腐蝕的關鍵環節。

表1.機轉軸的化學成分分析結果（mass%）

5.驗室驗證試驗

為了更進一步確定影響轉軸腐蝕的關鍵工藝環節，設計了實驗室驗證試驗，以確定焊接后的清洗環節是影響轉軸腐蝕的關鍵環節。同時，設計了模擬汗液腐蝕試驗，模擬轉軸在工序間臨時存放過程中工人不慎用手觸碰工件給轉軸帶來的早期腐蝕的影響。

5.1.樣準備

將現場取得的轉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，備用。

5.2.驗步驟

5.2.1.同工序對轉軸腐蝕的影響

選擇現場使用的LOCTITE 755型清洗劑和現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驗室模擬試驗。將這三種液體樣品分別噴（涂）在5.1中準備的試片表面，每隔24小時噴（涂）一次，保持試片表面濕潤，定期記錄試驗表面腐蝕情況。試驗在通風柜中完成，試驗溫度為室溫。分別模擬磨削完成后對轉軸進行了及時擦干和清洗；磨削完成后沒有對轉軸表面進行及時清洗，轉軸表面殘留有磨削乳化液；以及焊接完成后沒有對轉軸表面進行及時清洗，轉軸表面殘留有清洗水三種情況。試驗過程中焊接后的清洗水加熱到90℃，更接近現場實際情況。試片表面的腐蝕情況如圖4。

5.2.2.接后清洗水對轉軸腐蝕的影響

將現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中準備的試片表面，使試片表面充分潤濕，觀察試片發生銹蝕的時間。試驗在通風柜中完成，試驗溫度為室溫。模擬焊接完成后沒有對轉軸表面進行及時清洗，轉軸表面殘留有清洗水的情況。試片表面的腐蝕發展情況如圖5。

5.2.3.體模擬汗液對轉軸腐蝕的影響

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中準備的試片表面，使試片表面充分潤濕，觀察試片發生銹蝕的時間。模擬現場由于工人不慎用手觸碰轉軸后，轉軸發生銹蝕的情況。人體模擬汗液成分及含量見表4，溶液pH值用H2SO4和氨水調節。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值分析結果

5.3.驗結果

5.3.1.同工序對轉軸腐蝕的影響

從圖4中可以看出，噴（涂）90℃焊接后清洗水的試片表面發生了嚴重的銹蝕；噴（涂）乳化劑的試片表面在試驗6天后有一層浮銹，但經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。這進一步證明，目前影響轉軸腐蝕的關鍵工藝環節是焊接后的清洗。但是磨削液在轉軸表面的殘留仍舊可能造成轉軸的早期腐蝕，因此，在轉軸磨削完成后若不立即進入下一道工序，在1個工作日內必須對轉軸表面進行清洗并進行防銹處理。

5.3.2.接后清洗水對轉軸腐蝕的影響

如圖5，將現場取回的焊接后的清洗水加熱到90℃后滴到試片表面，觀察試片發生腐蝕的情況及時間。發現，試驗開始15分鐘，試片表面開始出現浮銹，試驗開始60分鐘，試片已經發生較嚴重的腐蝕。這說明，現場加工過程中，轉子在焊接端環后需經過90℃循環水沖洗并在空氣中冷卻至室溫，在冷卻過程中轉軸就有可能發生早期腐蝕。因此，必須在端環焊接完成、循環水沖洗后的60分鐘內對轉軸部分進行防銹處理。如若難以保證轉子在60分鐘內冷卻到室溫，則需要考慮改變清洗方式來延緩轉軸的腐蝕。

5.3.3.體模擬汗液對轉軸腐蝕的影響

如圖6，噴（涂）人工模擬汗液溶液的試片表面在試驗開始1小時后會發生非常嚴重的腐蝕。因此，汗液對轉軸有非常強的腐蝕性，在現場操作過程中應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，腐蝕形態符合常規大氣腐蝕的特征。轉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。

6.2.制焊接后的清洗水中的Cl離子是控制轉軸腐蝕的關鍵環節。

6.3.液對轉軸有非常強的腐蝕性，在現場操作過程中應嚴禁工人用手直接接觸工件。

6.4.場應選用合適的防銹劑對轉軸表面進行防銹處理。

7.銹措施建議

根據上述分析，為了預防轉軸表面腐蝕，建議在轉子制作過程中采取如下防銹措施：

7.1.短電機轉子端環焊接后清洗水的更換周期，在條件允許下，增加一道流動蒸餾水或去離子水沖洗，能有效地改善轉軸的早期腐蝕，加強防銹劑的防銹效果。

表4.體模擬汗液成分及含量

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

7.3.子在端環焊接、清洗后的冷卻過程中，轉軸就有可能發生早期腐蝕。建議在焊接、清洗后的60分鐘內對轉軸部分進行防銹處理。

7.4.一步完善現場操作規范，嚴禁操作者直接用手接觸磨削和清洗后的轉軸表面。

7.5.了更有效地預防轉軸腐蝕，建議采取合適的防銹劑進行防銹處理。

[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, 華中科技大學碩士學位論文, 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，南京航空航天大學航空工程專業工程碩士；從事牽引電力機車電機、高速動車電機、城軌電機、風力發電機等的制造技術和工藝研發等工作。