某Y型过滤器开裂原因

2022-11-23沙菲

理化检验(物理分册) 2022年11期

沙菲

(上海材料研究所,上海 200437)

用于空调系统的某Y型过滤器材料为HPb57-3钢，热处理方式为红冲锻压工艺，主要作用为消除介质中的杂质，保护阀门和设备的正常使用。该Y型过滤器运行20个月后，在空调系统制热过程中，末端机盘管漏水，经排查发现是Y型过滤器开裂引起的。笔者采用一系列理化检验分析了该过滤器开裂的原因，以避免该类问题再次发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察

开裂过滤器的宏观形貌如图1所示。由图1可知：过滤器端面一侧有裂纹，裂纹长度约为2.5 cm，且外壁裂纹长度大于内壁，裂纹基本垂直于端面，与轴向大致平行，Y型过滤器内、外壁均可见大量异物；将过滤器沿裂纹打开，可见断面大部分区域呈土黄色，端面螺纹处呈灰白色，人工打开断口区域呈亮黄色。

1.2 化学成分分析

在开裂过滤器处取样进行化学成分分析，结果如表1所示。

表1 开裂过滤器的化学成分分析结果 %

1.3 扫描电镜(SEM)及能谱分析

1.3.1 断面

将开裂过滤器断面清洗后，用Quanta400 FEG型SEM进行分析，结果如图2所示。由图2可知：原始断口大部分区域被异物覆盖，末端可见裂纹；人工打开断口呈韧窝特征。

图2 断面的SEM形貌

采用能谱分析仪对开裂过滤器断面进行分析，结果如图3所示，可见从靠近端面外壁到内壁，Zn，O元素的质量分数逐渐增加，螺纹处O元素的质量分数为9.59%，Zn元素的质量分数为69.11%。

图3 断面的能谱分析结果

1.3.2 端面

将开裂过滤器端面清洗后，进行SEM分析，结果如图4所示，可见端面大部分区域被灰白色异物覆盖，且有与断口平行的裂纹。采用能谱分析仪对灰白色异物进行分析，结果如图5所示，可知异物中Cl元素的质量分数为0.80%，Zn元素的质量分数为72.43%。

图4 端面的SEM形貌

图5 端面异物的能谱分析结果

1.3.3 内壁

对开裂过滤器内壁进行SEM分析，结果如图6所示，可见内壁大部分区域被异物覆盖，局部区域可见平行裂纹。对内壁异物进行能谱分析，结果如图7所示，可知异物中O元素的质量分数为12.95%，Fe元素的质量分数为41.10%。

图6 内壁的SEM形貌

图7 内壁异物的能谱分析结果

1.3.4 外壁

图8 外壁的SEM形貌

图9 外壁异物的能谱分析结果

对开裂过滤器的外壁进行SEM分析，结果如图8所示，可见外壁大部分区域被异物覆盖。对外壁异物进行能谱分析，结果如图9所示，可知异物中O元素的质量分数为7.00%，S元素的质量分数为3.37%，Cl元素的质量分数为2.60%，Zn元素的质量分数为58.51%。

1.3.5 剖面

在开裂过滤器的剖面处截取试样，经镶嵌、磨抛后，对试样进行SEM分析，结果如图10所示，可见断口处有裂纹。对被腐蚀的β相和正常区域进行能谱分析，结果如图11所示。由图11可知：被腐蚀的β相中S元素的质量分数为0.88%，Zn元素的质量分数为11.21%，Cu元素的质量分数为83.91%；正常区域中Zn元素的质量分数为43.10%，Cu元素的质量分数为54.28%。

图10 剖面处的SEM形貌

1.4 金相检验

在开裂过滤器的剖面处截取试样，经镶嵌、磨抛、侵蚀后，对试样进行金相检验，结果如图12所示，可知开裂过滤器的显微组织为α+β相，断口处和外壁均有疏松的铜和富铜相。

图11 被腐蚀的β相和正常区域的能谱分析结果

图12 开裂过滤器的显微组织形貌

2 综合分析

脱锌腐蚀是指黄铜合金中的合金元素在腐蚀介质中不是按它们在合金中的比例溶解，而是电位较低、相对较有活性的Zn元素因电化学作用而被选择性溶解的腐蚀现象。黄铜合金发生脱锌腐蚀与合金中的锌元素含量有关，当黄铜合金中的Zn元素质量分数大于20%时，Zn元素在水溶液中易先溶解，留下多孔的铜。黄铜的脱锌腐蚀不仅在中性的海水、河水、工业水中发生，也能在酸性较强的介质、碱性介质及各种盐类溶液中发生。此外，过电位也影响黄铜的脱锌过程，如在低电位下，脱锌会发生相转变，而在高电位下，会直接变成疏松的铜或富铜相[1]。

Y型过滤器中Zn元素的质量分数为38.03%，远大于20%，在接触腐蚀性介质时易发生脱锌腐蚀。经能谱分析结果可知，Y型过滤器内、外壁，端面以及断面处的异物均存在腐蚀性元素O，S，Cl，外壁、断面和端面上存在的灰白色异物含有较多Zn元素，为脱锌析出。该Y型过滤器的工作介质中含O，S，Cl等腐蚀元素，发生了脱锌腐蚀，最终导致过滤器发生开裂。