紫銅管在潤滑油水溶液中的腐蝕行為

鄭健斌 朱波 馬立群

摘 要：本文通過加速潤滑油與水反應制備出相應的水解溶液，并利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡及電化學工作站等手段，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。結果表明：紫銅管在140℃加熱15分鐘為最佳工藝條件。

關鍵詞：銅；腐蝕形貌；腐蝕性能

0 引言

隨著人民生活水平的提高，空調由最初的奢侈品走入千家萬戶。然而在空調換熱器的生產過程中，由腐蝕引發的各種問題一直存在，而問題的集中點在于空調換熱器中銅管的腐蝕。銅作為一種相對強度較高，耐蝕性較好，導熱性好的金屬材料被廣泛應用于空調移機制冷行業。在正常的換熱器生產過程中，銅管在彎曲潤滑過后要進行脹管、穿管，在脹管穿管過程中大量的揮發油被引入到銅管的外表面和內表面。根據C.Leygraf等人提出的銅管表面會形成一層液態膜層理論，在脹管和穿管工序之后，由于有潤滑油的殘留，在后續烘干過程中極易與吸附在銅管表層的液態膜層反應，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、穿管之后的烘干過程中，烘干溫度和烘干時間對揮發油的揮發和液態膜層以及銅表面的氧化反應都有著重要的影響，因此優化烘干過程中烘干溫度和烘干時間對減少銅管批量失效有著重大意義。

1 實驗方法

實驗原料采用商用的紫銅管以及工業用的銅管潤滑劑。利用堿催化潤滑油水解的原理，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30～45分鐘，冷卻至室溫時，分離出水相和有機相，收集水相作為腐蝕溶液進行加速試驗。

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，對比腐蝕形貌上腐蝕的嚴重程度判斷試樣耐蝕性的好壞。

2 結果與討論

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，故在此只針對不同溫度進行討論）。由圖可知試樣在烘干浸泡處理后表面都會產生一定的腐蝕斑點。尤其在110℃烘干處理后，表面類似于腐蝕斑點的形貌最為密集。相對而言，在140℃度烘干處理的試樣表面的腐蝕斑點最少，耐蝕性能相對較好。從變色程度來看，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。劉秩強等人[3]指出銅管表面顏色的變化是由于銅表面液態膜層下的電化學腐蝕產生的。因此，我們可以認為，在溫度升高到190℃時試樣表面已經發生均勻的電化學腐蝕，使得表面呈現紫紅色。在后續的浸泡過程中這種均勻的電化學腐蝕保留下來，同時在浸泡過程中有局部點蝕的產生，故整體的銅管表面呈紫紅色并有部分的腐蝕斑點出現。

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。從圖中可見在110℃處理的試樣表面所形成的點蝕孔洞較少。圖2（a）與圖1（a）所獲得的是同一個腐蝕區域的表面形貌。在結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實驗結果造成的影響。在140℃處理時，試樣所形成的點蝕孔洞比較集中，但是數量上較少。在190℃處理時，在宏觀表面上大部分的點蝕孔洞為顏色所遮蓋不能全面清晰的觀察出來。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 結論

（1）在烘干過程中，溫度在110℃～190℃區間內，試樣的耐蝕性能隨著溫度升高，先升高在下降。當烘干溫度保持在140℃，保溫時間在15分鐘，獲得的試樣表面耐蝕性能最好。其電荷轉移電阻為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，保溫時間為15分鐘試樣的耐蝕性能普遍大于保溫30分鐘，保溫時間適當的降低有利于提高銅表面的耐蝕性能。

參考文獻

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

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

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

（作者單位：廣東美的暖通設備有限公司）