紫铜管在润滑油水溶液中的腐蚀行为

郑健斌 朱波 马立群

摘 要：本文通过加速润滑油与水反应制备出相应的水解溶液，并利用金相显微镜、扫描电子显微镜及电化学工作站等手段，分析了不同加热条件下的紫铜管在该水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明：紫铜管在140℃加热15分钟为最佳工艺条件。

关键词：铜；腐蚀形貌；腐蚀性能

0 引言

随着人民生活水平的提高，空调由最初的奢侈品走入千家万户。然而在空调换热器的生产过程中，由腐蚀引发的各种问题一直存在，而问题的集中点在于空调换热器中铜管的腐蚀。铜作为一种相对强度较高，耐蚀性较好，导热性好的金属材料被广泛应用于空调移机制冷行业。在正常的换热器生产过程中，铜管在弯曲润滑过后要进行胀管、穿管，在胀管穿管过程中大量的挥发油被引入到铜管的外表面和内表面。根据C.Leygraf等人提出的铜管表面会形成一层液态膜层理论，在胀管和穿管工序之后，由于有润滑油的残留，在后续烘干过程中极易与吸附在铜管表层的液态膜层反应，使得含水膜层酸化，造成铜管腐蚀，引起大批量的铜管失效[1-2]。在胀管、穿管之后的烘干过程中，烘干温度和烘干时间对挥发油的挥发和液态膜层以及铜表面的氧化反应都有着重要的影响，因此优化烘干过程中烘干温度和烘干时间对减少铜管批量失效有着重大意义。

1 实验方法

实验原料采用商用的紫铜管以及工业用的铜管润滑剂。利用碱催化润滑油水解的原理，制备出水解溶液。首先制备水解溶液，取50ml等体积的润滑油A与1M NaOH溶液，置于圆底烧瓶中，加热至溶液沸腾后，保持溶液煮沸状态30～45分钟，冷却至室温时，分离出水相和有机相，收集水相作为腐蚀溶液进行加速试验。

将紫铜管在110℃、140℃和190℃加熱15分钟和30分钟，分别放置于制备得的腐蚀溶液中，25℃恒温水浴加热，浸泡25天。浸泡后用蒸餾水冲洗紫铜管外表面，吹干，用光学显微镜观察其外表面的宏观腐蚀，用扫描电镜观察其腐蚀形貌，对比腐蚀形貌上腐蚀的严重程度判断试样耐蚀性的好坏。

2 结果与讨论

2.1 宏观形貌分析

图1中a、b、c图分别为110℃、140℃和190℃烘干后浸泡25天试样的表面形貌图（烘干15分钟与30分钟所获得表面相一致，故在此只针对不同温度进行讨论）。由图可知试样在烘干浸泡处理后表面都会产生一定的腐蚀斑点。尤其在110℃烘干处理后，表面类似于腐蚀斑点的形貌最为密集。相对而言，在140℃度烘干处理的试样表面的腐蚀斑点最少，耐蚀性能相对较好。从变色程度来看，110℃和140℃处理的试样颜色变化不明显，而由190℃处理的试样表面变成紫红色。刘秩强等人[3]指出铜管表面颜色的变化是由于铜表面液态膜层下的电化学腐蚀产生的。因此，我们可以认为，在温度升高到190℃时试样表面已经发生均匀的电化学腐蚀，使得表面呈现紫红色。在后续的浸泡过程中这种均匀的电化学腐蚀保留下来，同时在浸泡过程中有局部点蚀的产生，故整体的铜管表面呈紫红色并有部分的腐蚀斑点出现。

2.2 SEM分析

图2中a、b、c图分别为110℃、140℃和190℃烘干后浸泡25天试样的SEM图。从图中可见在110℃处理的试样表面所形成的点蚀孔洞较少。图2（a）与图1（a）所获得的是同一个腐蚀区域的表面形貌。在结果上的差异可能是由于在宏观观察上试样表面的洁净度对实验结果造成的影响。在140℃处理时，试样所形成的点蚀孔洞比较集中，但是数量上较少。在190℃处理时，在宏观表面上大部分的点蚀孔洞为颜色所遮盖不能全面清晰的观察出来。由宏观形貌和SEM图可知，在190℃处理的试样表面耐蚀性能较110℃和140℃处理的试样差。

3 结论

（1）在烘干过程中，温度在110℃～190℃区间内，试样的耐蚀性能随着温度升高，先升高在下降。当烘干温度保持在140℃，保温时间在15分钟，获得的试样表面耐蚀性能最好。其电荷转移电阻为1503ohm·cm2，腐蚀电位为-0.24V，腐蚀电流分别为2.109×10-5A。

（2）在同一温度点，保温时间为15分钟试样的耐蚀性能普遍大于保温30分钟，保温时间适当的降低有利于提高铜表面的耐蚀性能。

参考文献

[1]马宗理，张金利，范震，等.空调制冷铜管的蚁巢腐蚀（上）[J].制冷与空调（北京），2005，5（1）：1-5.

[2]马宗理，张金利，范震，等.空调制冷铜管的蚁巢腐蚀（下）[J].制冷与空调，2005，5（2）：6-10.

[3]刘轶强，贺天元.紫铜管材表面变色机制与微观形貌特征[J].热加工工艺，2015，（10）：230-233.

（作者单位：广东美的暖通设备有限公司）