轉轍機內部電鍍零件快速腐蝕問題的初探

段桂梅

(西安工業集團西安鐵路信號有限責任公司，西安 710100)

1 概述

轉轍機作為鐵路道岔轉換系統的動力執行單元，用來轉換各種鐵路道岔，改變道岔開通方向，鎖閉道岔尖軌和可動心軌，反映道岔尖軌和可動心軌位置狀態。目前鐵路道岔應用地域廣泛，現場使用環境復雜，對轉轍機及其零件的防腐性能要求較高。

轉轍機內部零件大多采用電鍍作為防腐手段，早期以鍍鋅為主，后因零件出現快速腐蝕現象，鍍鋅大部分被改成了鍍銅鎳鉻。現今，除鍍銅鎳鉻零件外，還有鍍鎳鍍鋅、電解鈍化零件，這3 種零件仍然存在著偶爾批量出現快速腐蝕的現象，其特點是零件在鍍后的存儲過程中不會出現腐蝕，一旦組裝到轉轍機內，尤其是在地鐵潮濕環境、沿海腐蝕環境中等特殊環境條件下易出現快速的腐蝕。根據部分鐵路局電務段轉轍機安裝人員的經驗，新轉轍機到達安裝現場后必須開蓋放置一段時間以保持機內通風干燥，則出現快速腐蝕現象概率較低。

2 腐蝕環境分析

初看起來，這種快速腐蝕與電鍍零件的質量有關，但仔細分析后，可以發現快速腐蝕與轉轍機內部的環境有著很大的關系，因為轉轍機是一個密閉結構。通過對已發生嚴重腐蝕的轉轍機進行觀察，發現開蓋后的轉轍機內有濃重的有機溶劑氣味，箱體內部的零件和箱壁掛滿了液體，如同剛剛水洗過的一般。初步懷疑這種快速腐蝕的起因是機箱內存在著高濕以及某些有機氣氛。

一般而言，有機物對金屬的腐蝕較少見。轉轍機內部能夠形成有機氣氛，應當是某些有機材料具有揮發氣體的作用。許多有機材料，如橡膠、涂料、木材、塑料等都可以揮發出有機氣體，而在轉轍機內部就存在著絕緣漆、橡膠、膠木和醇酸磁漆等有機材料。在對轉轍機組裝車間進行調查時發現，組裝完成后的轉轍機，可能存在油漆未完全干燥的情況下就進行上蓋密封的情況。為了尋找產生快速腐蝕物質，進行了多項試驗。

3 試驗

3.1 試驗樣件

3 種試驗樣件分別為：Q235 鋼件鍍鋅（Ep·Zn12·c2C）；QBe2-CY2 鈹青銅件鍍鎳（Ep·Ni7）；QSn6.5-0.4Y 錫青銅件電解鈍化（Et·P）。

3.2 模擬環境

經過對轉轍機所使用的材料以及組裝過程詳細了解后，發現轉轍機共使用了4 種有機材料，分別是用于轉轍機箱內表面處理的C04-2 醇酸磁漆、用于密封的橡膠圈、用于接點片支撐的膠木底座、用于接點底座表面處理的丙烯酸絕緣漆。

試驗中，先將剪碎的密封橡膠、砸碎的膠木、未干燥的醇酸磁漆和未干燥的絕緣漆，分別置于各自錐形瓶的底部，量以鋪滿瓶底為準；再將3 種試驗樣件懸于錐形瓶的中上部，加蓋密封。模擬以上4 種有機氣氛環境，在室溫下存儲。

3.3 檢測分析

對轉轍機內已發生嚴重腐蝕的電鍍鎳零件，用掃描電子顯微鏡進行表面微觀形貌觀察，利用其配備的能譜儀（EDS）分析腐蝕產物主要成分及含量。

4 結果與討論

4.1 腐蝕結果

264 h 模擬環境試驗后，樣件表面狀況分別為：在裝有醇酸磁漆的錐形瓶中，鍍鋅件從第8 天開始出現點蝕并逐漸加重、鍍鎳件和電解鈍化件第4 天開始出現變色和點蝕并逐漸加重；在裝有其他3 種有機材料的錐形瓶中，樣件表面均未出現腐蝕狀況。其結果如表1，圖1、2 所示。

表1 264 h后試樣在四種有機氣氛中的腐蝕情況Tab.1 Corrosion situation of samples in four organic atmospheres after 264 h

圖1 在未干燥的醇酸磁漆氣氛中放置264 h的宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of samples placed in a undried alkyd enamel atmosphere for 264 h

圖2 在其余3種有機氣氛中放置264 h的宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of samples placed in the other three types of organic atmospheres for 264 h

初步試驗的結果表明，在未干燥的絕緣漆、膠木和橡膠等氣氛中的試樣未出現腐蝕，而在未干燥的醇酸磁漆氣氛中，試樣出現了嚴重的腐蝕，說明未干燥的醇酸磁漆氣氛可能是快速腐蝕的主要原因。

醇酸磁漆一般由醇酸樹脂、顏料、助劑和溶劑等構成，根據相關資料分析，醇酸磁漆可以揮發出多種有機物，其中乙酸氣體引起了注意。在醇酸磁漆的稀釋劑中，一般會有乙酸乙酯，揮發成氣體的乙酸乙酯在潮濕的環境中，能發生如下水解反應：

C H3C O O C H2C H3+H2O →C H3C O O H+ CH3CH2OH

在水、氧氣和乙酸的共同作用下，電鍍層受到了腐蝕。為了驗證推測，用同樣的方法進行了模擬試驗，結果如圖3、4 所示。

試樣在干燥的乙酸乙酯氣氛中不發生腐蝕，試樣和錐形瓶壁上沒有液體；試樣在潮濕的乙酸乙酯氣氛中發生腐蝕，試樣和錐形瓶壁上出現了液體，這和轉轍機箱壁與零件上形成的液體一致。雖然試驗結果表明在潮濕的乙酸乙酯氣氛下零件會發生腐蝕，但腐蝕速度遠沒有現實中的快，也沒有未干燥的醇酸磁漆氣氛腐蝕試驗的速度快，直到6 個月后才能觀察到腐蝕現象，這種情況可能說明乙酸并不是主要的腐蝕物質。

圖3 在潮濕的乙酸乙酯氣氛中放置4 800 h的宏觀形貌Fig.3 Macro morphology of samples placed in a moist alkyd enamel atmosphere for 4 800 h

圖4 在干燥的乙酸乙酯氣氛中放置4 800 h的宏觀形貌Fig.4 Macro morphology of samples placed in a dry alkyd enamel atmosphere for 4 800 h

4.2 腐蝕產物

圖5 為鍍鎳零件表面腐蝕產物的微觀形貌和ESD 譜。從圖5 可以看出鍍鎳層在腐蝕后會形成一層白色的腐蝕產物。由圖5 可知，腐蝕產物主要成分為C、O 和Ni，其相對含量如表2 所示，其中Ni 為鍍層成分。腐蝕產物不導電，所以推測可能是有機物，需要進一步做紅外光譜測試，如圖6 所示。

表2 腐蝕產物主要成分及含量Tab.2 Main composition and content of corrosion products

圖6 中（a）為標準譜圖，（b）為試樣測試譜圖，測試譜圖與標準譜圖對比分析，腐蝕產物為鎳的甲酸鹽，化學式為C2H2NiO4·（2H2O）。

EDS 和紅外光譜分析結果表明，甲酸是主要的腐蝕物，其腐蝕鎳鍍層可表示為：

Ni+O2+H2O+2H COOH →Ni（H COO）2·XH2O

圖5 腐蝕產物微觀形貌和EDS譜Fig.5 Micro morphology and EDS spectrum of corrosion products

圖6 紅外線譜分析Fig.6 Infrared spectrum analysis

甲酸來源于C04-2 醇酸磁漆或是稀釋劑。在試驗過程中，發現用生產現場的醇酸磁漆做試驗，重現性較差。一段時間內，試驗的腐蝕很快，一段時間內，腐蝕又較慢，這可能是在生產上，不同時期使用了不同品牌或不同批次的醇酸磁漆以及稀釋劑，也就是說，快速腐蝕與C04-2 醇酸磁漆及稀釋劑的質量有一定的關系。事實上，完全實干的醇酸磁漆沒有發現快速腐蝕現象，鐵路局電務段將新轉轍機開蓋放置一段時間的經驗，其實質是讓機內的有機氣氛逸出并讓醇酸磁漆實干。綜上所述，快速腐蝕的原因是在密閉的環境中，未實干的醇酸磁漆揮發出甲酸等有機物，在潮濕氣體以及氧氣的共同作用下，使轉轍機內部的零件出現快速腐蝕。

轉轍機在組裝過程中沒有時間使醇酸磁漆實干，在這種情況下，選用快干漆是一個好辦法。選用兩種快干漆，即環氧快干漆和聚氨酯快干漆，試驗中模擬組裝過程，結果沒有出現任何快速腐蝕現象。

5 結論

醇酸磁漆是引起轉轍機內部電鍍零件快速腐蝕的有機材料。腐蝕物主要來源是醇酸磁漆或稀釋劑中的甲酸等低級脂肪酸，其次可能有乙酸乙酯水解后的產物。

實際生產中，選用丙烯酸聚氨酯磁漆后，轉轍機內電鍍零件快速腐蝕現象消失。