牵引电机转子制作过程中转轴表面腐蚀原因分析

文 | 南车株洲电机有限公司 毛晓军中国电器科学研究院 朱 珈 冯 皓 宁文涛 胡利芬

牵引电机转子制作过程中转轴表面腐蚀原因分析

文 | 南车株洲电机有限公司 毛晓军中国电器科学研究院 朱 珈 冯 皓 宁文涛 胡利芬

本文通过对转轴材质分析、表面腐蚀产物分析、关键工艺环节分析和模拟试验，系统讨论了南车电机公司某型牵引电机转子制作过程中转轴腐蚀的主要原因，着重于寻找影响电机转轴腐蚀的主要工艺环节。最终，针对影响电机转轴腐蚀的主要工艺环节提出了相应的防腐蚀措施建议。

牵引电机转轴；腐蚀原因分析；防腐蚀；建议

1.言

南车电机公司生产的某型电机转子的转轴材料为35CrMo，这是一种典型的低合金结构钢。具有良好的综合力学性能和工艺性能。转轴材料经【毛坯锻造】→【毛坯粗加工】→【调质处理】→【精车加工】→【精磨加工】→【转子热套】→【焊接端环】→【清洗】→【车削端环】→【动平衡】→【组装】，制作成为电机转子。

南车电机公司某型电机转子在生产制造过程中工序间存放和半成品、成品存放时就发现电机转轴的早期腐蚀，不仅给生产企业带来了较大的经济损失，且给企业形象造成不良影响。本文从材质和生产工艺环节等方面分析了转轴腐蚀的原因，并结合南车电机公司生产情况，提出解决这一问题的改进建议。

2.轴材质分析

用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）分析转轴成分，结果见表1。从表中数据可知，该型转轴材料基本符合国家标准要求。

根据国家标准《GB/T10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定，标准评级图显微检验法》用Leica DM6000M 型全自动金相显微镜对转轴材质的非金属夹杂物进行了观察，结果见图1。结合能谱分析可知，转轴材质中的夹杂物主要有三种：含Ti的不规则形状夹杂、长条形的MnS夹杂和含有Al、Si的冶金夹杂。夹杂物级别均小于2级，但这些夹杂物的存在会影响转轴的耐腐蚀性能。

3.轴表面腐蚀产物分析

现场调研发现，电机转轴表面发生的是不均匀的全面腐蚀。用扫描电子显微镜对腐蚀点进行观察（见图2），发现转轴表面的腐蚀起源于点蚀，腐蚀产物呈团块状，表面有开裂，在开裂和蚀点中心发现有细碎的针状或片状的腐蚀产物存在，这符合常规大气腐蚀的特征。

能谱分析显示，转轴表面的腐蚀产物主要为铁的氧化物。但在蚀点处还发现有Cl 元素存在，同时也观察到Al、Si、Mn、S等夹杂物元素的存在，这说明转轴的腐蚀起源于表面的夹杂物，并可能由表面沉积的Cl引发，如图3。

4.场取样分析

根据电机转子的制作流程，引起转轴腐蚀的关键工艺环节可能有磨削过程和端环焊接后的清洗过程。因此选取转轴外圆磨削乳化液、焊接后的清洗水以及焊接用焊膏等进行进一步分析，结果分别见表2和表3。从表中结果可以看出，焊接后的清洗水的pH值为6.0，呈酸性，且清洗水中含有大量的氯离子（Cl-）和氟离子（F-）。对比焊膏和自来水的分析结果可知，焊接后的清洗水中的Cl-和F-是由焊膏带入的。Cl-和F-作为强腐蚀性促进剂，会破环材料表面的钝化膜，加快转轴腐蚀。因此控制焊接后的清洗水中的氯离子和氟离子浓度是控制转轴腐蚀的关键环节。

表1.机转轴的化学成分分析结果（mass%）

5.验室验证试验

为了更进一步确定影响转轴腐蚀的关键工艺环节，设计了实验室验证试验，以确定焊接后的清洗环节是影响转轴腐蚀的关键环节。同时，设计了模拟汗液腐蚀试验，模拟转轴在工序间临时存放过程中工人不慎用手触碰工件给转轴带来的早期腐蚀的影响。

5.1.样准备

将现场取得的转轴样品用线切割垂直于轴线方向切成3mm厚的圆形试片，试片表面用磨床精磨至Ra3.2，并用SiC水砂纸从200#依序打磨到1500#，丙酮除油和无水乙醇脱水后放入干燥器中干燥24小时，备用。

5.2.验步骤

5.2.1.同工序对转轴腐蚀的影响

选择现场使用的LOCTITE 755型清洗剂和现场取得的磨削乳化液，以及焊接后清洗水槽中的清洗水三种液体样品开展实验室模拟试验。将这三种液体样品分别喷（涂）在5.1中准备的试片表面，每隔24小时喷（涂）一次，保持试片表面湿润，定期记录试验表面腐蚀情况。试验在通风柜中完成，试验温度为室温。分别模拟磨削完成后对转轴进行了及时擦干和清洗；磨削完成后没有对转轴表面进行及时清洗，转轴表面残留有磨削乳化液；以及焊接完成后没有对转轴表面进行及时清洗，转轴表面残留有清洗水三种情况。试验过程中焊接后的清洗水加热到90℃，更接近现场实际情况。试片表面的腐蚀情况如图4。

5.2.2.接后清洗水对转轴腐蚀的影响

将现场取得的焊接后清洗水槽中的清洗水加热到90℃，用胶头滴管取少量滴在5.1中准备的试片表面，使试片表面充分润湿，观察试片发生锈蚀的时间。试验在通风柜中完成，试验温度为室温。模拟焊接完成后没有对转轴表面进行及时清洗，转轴表面残留有清洗水的情况。试片表面的腐蚀发展情况如图5。

5.2.3.体模拟汗液对转轴腐蚀的影响

采用分析纯试剂和去离子水配制人体模拟汗液[1，2]，将模拟汗液喷涂在5.1中准备的试片表面，使试片表面充分润湿，观察试片发生锈蚀的时间。模拟现场由于工人不慎用手触碰转轴后，转轴发生锈蚀的情况。人体模拟汗液成分及含量见表4，溶液pH值用H2SO4和氨水调节。试片表面的腐蚀情况如图6。

表3.膏、清洗水和乳化液的Cl离子、F离子含量分析

表2.膏、清洗水和乳化液的pH值分析结果

5.3.验结果

5.3.1.同工序对转轴腐蚀的影响

从图4中可以看出，喷（涂）90℃焊接后清洗水的试片表面发生了严重的锈蚀；喷（涂）乳化剂的试片表面在试验6天后有一层浮锈，但经简单擦拭后即可去除；而喷（涂）LOCTITE 755型清洗剂的试片表面没有明显变化。这进一步证明，目前影响转轴腐蚀的关键工艺环节是焊接后的清洗。但是磨削液在转轴表面的残留仍旧可能造成转轴的早期腐蚀，因此，在转轴磨削完成后若不立即进入下一道工序，在1个工作日内必须对转轴表面进行清洗并进行防锈处理。

5.3.2.接后清洗水对转轴腐蚀的影响

如图5，将现场取回的焊接后的清洗水加热到90℃后滴到试片表面，观察试片发生腐蚀的情况及时间。发现，试验开始15分钟，试片表面开始出现浮锈，试验开始60分钟，试片已经发生较严重的腐蚀。这说明，现场加工过程中，转子在焊接端环后需经过90℃循环水冲洗并在空气中冷却至室温，在冷却过程中转轴就有可能发生早期腐蚀。因此，必须在端环焊接完成、循环水冲洗后的60分钟内对转轴部分进行防锈处理。如若难以保证转子在60分钟内冷却到室温，则需要考虑改变清洗方式来延缓转轴的腐蚀。

5.3.3.体模拟汗液对转轴腐蚀的影响

如图6，喷（涂）人工模拟汗液溶液的试片表面在试验开始1小时后会发生非常严重的腐蚀。因此，汗液对转轴有非常强的腐蚀性，在现场操作过程中应避免工人用手直接接触工件。

6.论

6.1.轴的主要腐蚀类型为不均匀的全面腐蚀，腐蚀形态符合常规大气腐蚀的特征。转轴腐蚀多起源于表面的夹杂物，并由表面沉积的Cl离子引发。

6.2.制焊接后的清洗水中的Cl离子是控制转轴腐蚀的关键环节。

6.3.液对转轴有非常强的腐蚀性，在现场操作过程中应严禁工人用手直接接触工件。

6.4.场应选用合适的防锈剂对转轴表面进行防锈处理。

7.锈措施建议

根据上述分析，为了预防转轴表面腐蚀，建议在转子制作过程中采取如下防锈措施：

7.1.短电机转子端环焊接后清洗水的更换周期，在条件允许下，增加一道流动蒸馏水或去离子水冲洗，能有效地改善转轴的早期腐蚀，加强防锈剂的防锈效果。

表4.体模拟汗液成分及含量

7.2.削乳化液在转轴表面的残留可能造成转轴的早期腐蚀，因此，转轴磨削后若不立即进入下道工序，在1个工作日内必须对转轴表面进行清洗并进行防锈处理。

7.3.子在端环焊接、清洗后的冷却过程中，转轴就有可能发生早期腐蚀。建议在焊接、清洗后的60分钟内对转轴部分进行防锈处理。

7.4.一步完善现场操作规范，严禁操作者直接用手接触磨削和清洗后的转轴表面。

7.5.了更有效地预防转轴腐蚀，建议采取合适的防锈剂进行防锈处理。

[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] 杨珍. 合金元素 Zn、Sn、In 对 925 银组织和性能的影响, 华中科技大学硕士学位论文, 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.

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毛晓军（1969，11），男，江西吉水，工程师，南京航空航天大学航空工程专业工程硕士；从事牵引电力机车电机、高速动车电机、城轨电机、风力发电机等的制造技术和工艺研发等工作。