散熱器銅管漏水失效分析

劉元彬，張振鋒，2

（1.大連理工大學(xué)司法鑒定中心，大連 116023；2. 大連理工大學(xué)，大連 116024）

某公司生產(chǎn)的牌號為T2的國標(biāo)紫銅管，焊接成型后與鋁制散熱翼管套裝脹接，使用一段時間后陸續(xù)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。本文通過宏觀檢查、成分分析、金相組織形貌分析等方法對某品牌銅鋁散熱器漏水現(xiàn)象進行原因分析。

1 檢驗與結(jié)果

1.1 基本構(gòu)造

銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器采用薄壁銅管作為通水部件，鋁制翼片作為散熱部件，基本構(gòu)造如圖1所示，輕薄美觀、安全耐用。

圖1 散熱器基本構(gòu)造示意圖

1.2 宏觀檢驗

散熱器聯(lián)箱銅管噴塑層脫落，銅管外表面見明顯綠色附著物，如圖2所示，主要為堿式碳酸銅等腐蝕產(chǎn)物，銅管內(nèi)壁存在大量沉積性腐蝕產(chǎn)物，同時內(nèi)壁表面附有少量綠色腐蝕產(chǎn)物，如圖3所示。

圖2 銅管腐蝕現(xiàn)象

圖3 銅管內(nèi)壁腐蝕現(xiàn)象

1.3 成分分析

采用線切割切取標(biāo)準(zhǔn)尺寸的銅管樣品片，除銹預(yù)磨處理后進行材質(zhì)化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示，參照《加工銅及銅合金化學(xué)成分和產(chǎn)品形狀》GB/T5231-2001中表1加工銅化學(xué)成分可知，送檢散熱器檢材化學(xué)成分中P含量相較于標(biāo)準(zhǔn)值略高，其他元素含量均符合標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。而磷在銅的熔煉中能有效地進行脫氧，提高銅液的流動性，雖然磷元素會強烈地降低銅的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，但微量磷的存在，可以在一定程度上改善銅及合金的焊接性能和耐蝕性能[2]。因此，聯(lián)箱銅管材質(zhì)成分并非出現(xiàn)漏水現(xiàn)象的主要誘因。

表1 送檢散熱器檢材試樣化學(xué)成分分析結(jié)果

1.4 金相組織分析

采用線切割在銅管上切取標(biāo)準(zhǔn)尺寸的樣品，經(jīng)鑲嵌后使用預(yù)磨機將樣品待測表面由240#打磨至2000#水砂紙，然后采用拋光機將樣品待測表面經(jīng)過粗拋和精拋處理，再用無水乙醇去水脫脂，隨后用去離子水清洗并吹干。經(jīng)浸蝕處理后采用體式顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，銅管樣品表面各區(qū)域顯現(xiàn)明顯差異性腐蝕現(xiàn)象，如圖4所示，90s浸蝕處理后的樣品表面出現(xiàn)明顯深淺相間帶狀區(qū)域。通過金相顯微鏡在放大倍數(shù)為100倍的條件下對銅管樣品進行顯微觀察發(fā)現(xiàn)，散熱器銅管基體存在明顯組織不均勻現(xiàn)象，如圖5所示，相同浸蝕時間條件下，晶粒較為粗大的區(qū)域晶界輪廓明顯，組織形貌清晰，晶粒較為細小的區(qū)域則呈現(xiàn)相對較為暗沉的狀態(tài)。選取銅管漏水位置進行切樣制樣，經(jīng)45s浸蝕處理后通過金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，細小晶粒區(qū)域耐蝕能力較弱，組織中存在孔洞缺陷，如圖6所示。銅管基體表面起初形成腐蝕坑造成自然氧化膜破損時，銅管與水接觸的交界面形成薄液膜，使供氧更加充分，極易形成陰極去極化，加速了腐蝕擴展效應(yīng)，致使銅管基體發(fā)生貫穿蝕孔，造成散熱器檢材聯(lián)箱銅管失效漏水[3]。

圖4 樣品表面浸蝕后現(xiàn)象

圖5 銅管樣品金相組織形貌

圖6 銅管漏水位置樣品相組織形貌

2 原因分析

銅管存在微觀組織嚴(yán)重不均勻的現(xiàn)象，各區(qū)域晶粒尺寸差異較大，各部分耐蝕能力也有所不同。在同一服役環(huán)境下工作時，晶體組織耐腐蝕能力較為薄弱的區(qū)域位置會率先形成腐蝕坑，并沿縱深方向逐漸發(fā)展為穿透性孔洞[4-5]。銅管內(nèi)表面產(chǎn)生腐蝕坑點后，腐蝕產(chǎn)物或沉積在銅管內(nèi)表面的其他物質(zhì)就成為氧的屏障。這是因為在腐蝕產(chǎn)物或沉積物的縫隙中，溶液幾乎是靜止不動的，使得氧除了依靠緩慢的擴散過程就無法到達金屬，富氧部分為陰極，而缺氧部分為陽極，氧濃度差異形成了氧濃差電池，加速了腐蝕效應(yīng)的進行，致使銅管腐蝕穿孔，造成漏水現(xiàn)象[6-7]。

3 結(jié)論和建議

（1）銅管基體組織不均勻，使用時耐蝕能力薄弱區(qū)域易形成腐蝕穿孔，造成漏水現(xiàn)象。

（2）建議在銅管拉制生產(chǎn)前，應(yīng)進行相應(yīng)的退火處理，消除組織不均勻性和織構(gòu)；拉制生產(chǎn)時，保持勻速拉伸，使之變形均勻，并進行組織均勻化處理，避免冷拉過程中出現(xiàn)不同區(qū)域組織結(jié)構(gòu)差異性較大的現(xiàn)象，防止銅管以基體薄弱部分為突破口逐漸腐蝕失效，大大縮短了使用壽命。

[1]GB/T5231-2001，加工銅及銅合金化學(xué)成分和產(chǎn)品形狀[S].

[2]鄒龍江，王國陽，高路斯.銅管彎頭開裂的失效分析[J].電子顯微學(xué)報，2006，25（增刊）：190-191.

[3]伍超群，劉英坤，孫紅英等.冷凝器銅管泄漏失效分析[J].金屬熱處理，2015，40（增刊）：303-305.

[4]王長罡，鄧為民，趙廣宇等.換熱器T2紫銅管在潮濕狀態(tài)下的腐蝕機理研究[J].金屬學(xué)報，2012，48（7）：815-821.

[5]鄧為民，朱明軍，趙廣宇.T2紫銅換熱管在特殊環(huán)境下的快速腐蝕機理分析[J].機電設(shè)備，2012（3）：68-71.

[6]楊德鈞，沈卓身.金屬腐蝕學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

[7]唐曉娥.燃氣熱水器交換器銅管腐蝕穿孔失效分析[J].廣東化工，2015，42（13）：225-226.