散熱器銅管漏水失效分析

劉元彬，張振鋒，2

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

某公司生產的牌號為T2的國標紫銅管，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出現漏水現象。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象進行原因分析。

1 檢驗與結果

1.1 基本構造

銅鋁復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，基本構造如圖1所示，輕薄美觀、安全耐用。

圖1 散熱器基本構造示意圖

1.2 宏觀檢驗

散熱器聯箱銅管噴塑層脫落，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物，銅管內壁存在大量沉積性腐蝕產物，同時內壁表面附有少量綠色腐蝕產物，如圖3所示。

圖2 銅管腐蝕現象

圖3 銅管內壁腐蝕現象

1.3 成分分析

采用線切割切取標準尺寸的銅管樣品片，除銹預磨處理后進行材質化學成分分析，結果如表1所示，參照《加工銅及銅合金化學成分和產品形狀》GB/T5231-2001中表1加工銅化學成分可知，送檢散熱器檢材化學成分中P含量相較于標準值略高，其他元素含量均符合標準要求[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電導熱性，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，聯箱銅管材質成分并非出現漏水現象的主要誘因。

表1 送檢散熱器檢材試樣化學成分分析結果

1.4 金相組織分析

采用線切割在銅管上切取標準尺寸的樣品，經鑲嵌后使用預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。經浸蝕處理后采用體式顯微鏡觀察發現，銅管樣品表面各區域顯現明顯差異性腐蝕現象，如圖4所示，90s浸蝕處理后的樣品表面出現明顯深淺相間帶狀區域。通過金相顯微鏡在放大倍數為100倍的條件下對銅管樣品進行顯微觀察發現，散熱器銅管基體存在明顯組織不均勻現象，如圖5所示，相同浸蝕時間條件下，晶粒較為粗大的區域晶界輪廓明顯，組織形貌清晰，晶粒較為細小的區域則呈現相對較為暗沉的狀態。選取銅管漏水位置進行切樣制樣，經45s浸蝕處理后通過金相顯微鏡觀察發現，細小晶粒區域耐蝕能力較弱，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，致使銅管基體發生貫穿蝕孔，造成散熱器檢材聯箱銅管失效漏水[3]。

圖4 樣品表面浸蝕后現象

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重不均勻的現象，各區域晶粒尺寸差異較大，各部分耐蝕能力也有所不同。在同一服役環境下工作時，晶體組織耐腐蝕能力較為薄弱的區域位置會率先形成腐蝕坑，并沿縱深方向逐漸發展為穿透性孔洞[4-5]。銅管內表面產生腐蝕坑點后，腐蝕產物或沉積在銅管內表面的其他物質就成為氧的屏障。這是因為在腐蝕產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，加速了腐蝕效應的進行，致使銅管腐蝕穿孔，造成漏水現象[6-7]。

3 結論和建議

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

（2）建議在銅管拉制生產前，應進行相應的退火處理，消除組織不均勻性和織構；拉制生產時，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不同區域組織結構差異性較大的現象，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成分和產品形狀[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紫銅管在潮濕狀態下的腐蝕機理研究[J].金屬學報，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境下的快速腐蝕機理分析[J].機電設備，2012（3）：68-71.

[6]楊德鈞，沈卓身.金屬腐蝕學[M].北京：冶金工業出版社，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.