空調蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕防護技術研究與應用

甘立榮 王志民 施清清 黃樹燕 陳樹根

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

前言

材料腐蝕問題一直是制約制造業(yè)產品可靠性水平快速提升的瓶頸問題，產品質量的好壞與產品的耐腐蝕性能息息相關，嚴重的腐蝕不僅對產品可靠性構成巨大威脅，還可能導致災難性事故，給企業(yè)及用戶帶來財產損失，甚至危及生命安全[1-3]。隨著家用空調普及率的提高，安裝環(huán)境越來越復雜，對空調的性能提出了更高的要求[4-6]。空調器腐蝕主要包括換熱器腐蝕、內機注塑件腐蝕、壓縮機等關鍵零部件腐蝕以及電子元器件腐蝕等。

近年來售后反饋空調銅管腐蝕泄漏的質量投訴集中。2012～2014年空調蒸發(fā)器泄漏數(shù)據(jù)分析表明，蒸發(fā)器腐蝕泄漏儼然成為售后系統(tǒng)漏氟數(shù)據(jù)飚高的主要原因，嚴重影響產品的可靠性。蒸發(fā)器作為空調換熱主要部件，其失效將導致空調整機失效，嚴重影響消費者使用，存在較大安全隱患，亟需解決[6,7]。目前，尚未見關于可用于空調蒸發(fā)器銅管規(guī)模性生產的防腐工藝方法的報道。本文將根據(jù)售后腐蝕泄漏空調蒸發(fā)器故障樣件，分析空調蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕特點及原因，并結合腐蝕特點和生產實際研究可用于空調蒸發(fā)器的有效防腐工藝手段，提升空調蒸發(fā)器抗腐蝕性能。

1 空調蒸發(fā)器銅管腐蝕分析

目前，家用空調蒸發(fā)器普遍采用鋁箔翅片+銅管的結構，材料具有較好耐腐蝕性能，在日常使用中能夠抵御外界腐蝕，但是在一些特殊環(huán)境中蒸發(fā)器受到如溫度、濕度、腐蝕性物質等因素作用會在短時間內發(fā)生腐蝕泄漏失效[6-8]。家用空調售后泄漏故障復核結果表明（如圖1），蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕已經成為影響空調冷媒泄漏失效的第一大原因，對產品可靠性造成極大威脅。空調蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕形貌示意圖如圖2。

1.1 蒸發(fā)器銅管環(huán)境腐蝕特點

售后故障分析表明，空調蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕泄漏主要集中在兩端裸露銅管部位（U管側和彎頭側）。其中，U管側銅管作為整個管路系統(tǒng)最薄弱部位，該位置腐蝕泄漏約占環(huán)境腐蝕泄漏故障總數(shù)的81.82 %（如圖3），是蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕的主要部位。

對售后環(huán)境腐蝕蒸發(fā)器銅管進行取樣分析，銅管截面呈由外向內的蟻巢狀腐蝕形貌，如圖4所示。售后故障樣件分析統(tǒng)計表明，蟻巢腐蝕是空調銅管環(huán)境腐蝕泄漏的主要形式，危害巨大。樣件腐蝕泄漏部位表面棕色異物的EDX（熒光分析）、紅外光譜測試及GCMS測試（氣相色譜）測試結果表明，腐蝕部位表面異物為油脂類和醇類有機物。

圖1 家用空調售后泄漏故障原因分析

圖2 空調蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕形貌示意圖

圖3 家用空調售后環(huán)境腐蝕泄漏分布統(tǒng)計

圖4 蒸發(fā)器銅管環(huán)境腐蝕形貌及低級羧酸生成過程示意圖

1.2 蒸發(fā)器銅管環(huán)境腐蝕原因分析

售后實地排查發(fā)現(xiàn)，引起空調器腐蝕的酸性物質來源主要為安裝環(huán)境中有機物受熱水解酸化，具體如圖4所示。研究表明[9-11]，蟻巢腐蝕是一個電化學腐蝕過程，其發(fā)生的必要條件是：銅 + 腐蝕介質+水+氧氣，腐蝕介質主要為低級羧酸（蟻酸 HCOOH、乙酸 CH3COOH、丙酸CH3CH2COOH等），銅管表面因水和腐蝕介質的存在，形成一層電解質溶液，進而形成了一個腐蝕微電池結構：

陽極反應：

陰極反應：

反應（3）和（4）反復進行從而導致蟻巢腐蝕的發(fā)生，直至銅管腐蝕穿透。

2 蒸發(fā)器銅管防腐技術研究與應用

研究表明[12,13]，大多數(shù)控制腐蝕的方法均圍繞以下3種思路進行：①使金屬表面與環(huán)境介質隔離；②改善金屬表面環(huán)境，使陽極或陰極反應在可控范圍內；③使用高耐腐蝕金屬材料。在銅管表面涂覆緩蝕劑，如BTA（苯丙三氮唑）、2-十一咪唑等，以及通過降低氧含量和加入猛（Mn）、鎂（Mg）等合金元素提高銅管自身抗腐蝕性能，都沒有規(guī)模性的實用工藝出現(xiàn)。

2.1 涂料防腐原理（如圖5）

對蒸發(fā)器裸露銅管進行防腐蝕涂裝處理，通過涂料組分之間交聯(lián)形成三維空間網狀結構，使涂層具有很高致密度，有效防止水、氧氣、電解質離子等腐蝕介質滲入涂膜，阻隔腐蝕電池形成通路，使腐蝕活動得到有效抑制，改善蒸發(fā)器裸露銅管的耐腐蝕性能，提高換熱器可靠性，延長空調機組使用年限，是控制空調蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕最有效、最直接的手段。

2.2 防腐涂層制備及性能測試

目前常用的涂料涂覆工藝包括刷涂、浸涂以及噴涂等，為提高蒸發(fā)器組件防腐能力，通過浸涂工藝對特殊機蒸發(fā)器U管底部銅管裸露位置涂覆自制無色水性涂料，進行防腐處理。涂覆防腐涂料后，銅管表面光澤度較防腐前明顯增加（見圖6）。

圖5 涂料防腐原理示意圖

圖6 涂覆防腐涂層前后銅管表面狀態(tài)示意圖

圖7 沸水浸泡后涂層表面狀態(tài)示意圖

圖8 中性鹽霧試驗后樣件宏觀腐蝕形貌對比

1）沸水浸泡實驗。將涂覆防腐涂層的蒸發(fā)器銅管置于100 ℃沸水中進行浸泡，觀察銅管涂層外觀變化。實驗結果表明，樣件沸水浸泡30 min后，樣件表面涂層僅輕微發(fā)白，無起泡、起皺、脫落等異常，附著性能良好（如圖7）。

2）中性鹽霧實驗。將防腐和未防腐蒸發(fā)器樣件分別進行1 000 h中性鹽霧試驗，觀察對比樣件銅管表面腐蝕形貌。圖8為樣件中性鹽霧試驗腐蝕1 000 h后的銅管表面宏觀腐蝕形貌。從圖可見，涂覆防腐涂層的銅管表面僅有少量腐蝕產物附著，未做防腐的銅管表面已發(fā)生較嚴重腐蝕，且銅管腐蝕發(fā)黑明顯。

3）腐蝕截面金相分析。將中性鹽霧腐蝕1 000 h后的銅管進行截面腐蝕形貌分析（如圖9）。從圖9可見，未防腐銅管樣件外表面可見顯著的均勻腐蝕坑，涂覆防腐涂層的蒸發(fā)器銅管腐蝕1 000 h后外表面無明顯腐蝕痕跡。

圖9 中性鹽霧試驗后樣件微觀腐蝕形貌對比

實驗結果表明，蒸發(fā)器銅管表面涂覆無色水性防腐涂料后，銅管表面光澤度較防腐前明顯增加，且防腐涂料附著性能良好，顯著提高銅管耐腐蝕性能，為空調蒸發(fā)器產品的腐蝕防護提供有效工藝手段。

3 結論

1）空調蒸發(fā)器環(huán)境腐蝕已經成為空調冷媒泄漏失效的第一大原因，且泄漏點主要集中于蒸發(fā)器U管底部；

2）空調蒸發(fā)器銅管環(huán)境腐蝕形式主要為蟻巢狀腐蝕，其發(fā)生的必要條件是：銅 + 腐蝕介質+水+氧氣，腐蝕介質主要為低級羧酸；

3）在空調蒸發(fā)器裸露銅管表面涂覆無色水性防腐涂料，附著性能良好，可顯著提高銅管的耐腐蝕性能，為空調蒸發(fā)器產品的腐蝕防護提供有效工藝手段。