空調蒸發器環境腐蝕防護技術研究與應用

甘立榮 王志民 施清清 黃樹燕 陳樹根

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

前言

材料腐蝕問題一直是制約制造業產品可靠性水平快速提升的瓶頸問題，產品質量的好壞與產品的耐腐蝕性能息息相關，嚴重的腐蝕不僅對產品可靠性構成巨大威脅，還可能導致災難性事故，給企業及用戶帶來財產損失，甚至危及生命安全[1-3]。隨著家用空調普及率的提高，安裝環境越來越復雜，對空調的性能提出了更高的要求[4-6]。空調器腐蝕主要包括換熱器腐蝕、內機注塑件腐蝕、壓縮機等關鍵零部件腐蝕以及電子元器件腐蝕等。

近年來售后反饋空調銅管腐蝕泄漏的質量投訴集中。2012～2014年空調蒸發器泄漏數據分析表明，蒸發器腐蝕泄漏儼然成為售后系統漏氟數據飚高的主要原因，嚴重影響產品的可靠性。蒸發器作為空調換熱主要部件，其失效將導致空調整機失效，嚴重影響消費者使用，存在較大安全隱患，亟需解決[6,7]。目前，尚未見關于可用于空調蒸發器銅管規模性生產的防腐工藝方法的報道。本文將根據售后腐蝕泄漏空調蒸發器故障樣件，分析空調蒸發器環境腐蝕特點及原因，并結合腐蝕特點和生產實際研究可用于空調蒸發器的有效防腐工藝手段，提升空調蒸發器抗腐蝕性能。

1 空調蒸發器銅管腐蝕分析

目前，家用空調蒸發器普遍采用鋁箔翅片+銅管的結構，材料具有較好耐腐蝕性能，在日常使用中能夠抵御外界腐蝕，但是在一些特殊環境中蒸發器受到如溫度、濕度、腐蝕性物質等因素作用會在短時間內發生腐蝕泄漏失效[6-8]。家用空調售后泄漏故障復核結果表明（如圖1），蒸發器環境腐蝕已經成為影響空調冷媒泄漏失效的第一大原因，對產品可靠性造成極大威脅。空調蒸發器環境腐蝕形貌示意圖如圖2。

1.1 蒸發器銅管環境腐蝕特點

售后故障分析表明，空調蒸發器環境腐蝕泄漏主要集中在兩端裸露銅管部位（U管側和彎頭側）。其中，U管側銅管作為整個管路系統最薄弱部位，該位置腐蝕泄漏約占環境腐蝕泄漏故障總數的81.82 %（如圖3），是蒸發器環境腐蝕的主要部位。

對售后環境腐蝕蒸發器銅管進行取樣分析，銅管截面呈由外向內的蟻巢狀腐蝕形貌，如圖4所示。售后故障樣件分析統計表明，蟻巢腐蝕是空調銅管環境腐蝕泄漏的主要形式，危害巨大。樣件腐蝕泄漏部位表面棕色異物的EDX（熒光分析）、紅外光譜測試及GCMS測試（氣相色譜）測試結果表明，腐蝕部位表面異物為油脂類和醇類有機物。

圖1 家用空調售后泄漏故障原因分析

圖2 空調蒸發器環境腐蝕形貌示意圖

圖3 家用空調售后環境腐蝕泄漏分布統計

圖4 蒸發器銅管環境腐蝕形貌及低級羧酸生成過程示意圖

1.2 蒸發器銅管環境腐蝕原因分析

售后實地排查發現，引起空調器腐蝕的酸性物質來源主要為安裝環境中有機物受熱水解酸化，具體如圖4所示。研究表明[9-11]，蟻巢腐蝕是一個電化學腐蝕過程，其發生的必要條件是：銅 + 腐蝕介質+水+氧氣，腐蝕介質主要為低級羧酸（蟻酸 HCOOH、乙酸 CH3COOH、丙酸CH3CH2COOH等），銅管表面因水和腐蝕介質的存在，形成一層電解質溶液，進而形成了一個腐蝕微電池結構：

陽極反應：

陰極反應：

反應（3）和（4）反復進行從而導致蟻巢腐蝕的發生，直至銅管腐蝕穿透。

2 蒸發器銅管防腐技術研究與應用

研究表明[12,13]，大多數控制腐蝕的方法均圍繞以下3種思路進行：①使金屬表面與環境介質隔離；②改善金屬表面環境，使陽極或陰極反應在可控范圍內；③使用高耐腐蝕金屬材料。在銅管表面涂覆緩蝕劑，如BTA（苯丙三氮唑）、2-十一咪唑等，以及通過降低氧含量和加入猛（Mn）、鎂（Mg）等合金元素提高銅管自身抗腐蝕性能，都沒有規模性的實用工藝出現。

2.1 涂料防腐原理（如圖5）

對蒸發器裸露銅管進行防腐蝕涂裝處理，通過涂料組分之間交聯形成三維空間網狀結構，使涂層具有很高致密度，有效防止水、氧氣、電解質離子等腐蝕介質滲入涂膜，阻隔腐蝕電池形成通路，使腐蝕活動得到有效抑制，改善蒸發器裸露銅管的耐腐蝕性能，提高換熱器可靠性，延長空調機組使用年限，是控制空調蒸發器環境腐蝕最有效、最直接的手段。

2.2 防腐涂層制備及性能測試

目前常用的涂料涂覆工藝包括刷涂、浸涂以及噴涂等，為提高蒸發器組件防腐能力，通過浸涂工藝對特殊機蒸發器U管底部銅管裸露位置涂覆自制無色水性涂料，進行防腐處理。涂覆防腐涂料后，銅管表面光澤度較防腐前明顯增加（見圖6）。

圖5 涂料防腐原理示意圖

圖6 涂覆防腐涂層前后銅管表面狀態示意圖

圖7 沸水浸泡后涂層表面狀態示意圖

圖8 中性鹽霧試驗后樣件宏觀腐蝕形貌對比

1）沸水浸泡實驗。將涂覆防腐涂層的蒸發器銅管置于100 ℃沸水中進行浸泡，觀察銅管涂層外觀變化。實驗結果表明，樣件沸水浸泡30 min后，樣件表面涂層僅輕微發白，無起泡、起皺、脫落等異常，附著性能良好（如圖7）。

2）中性鹽霧實驗。將防腐和未防腐蒸發器樣件分別進行1 000 h中性鹽霧試驗，觀察對比樣件銅管表面腐蝕形貌。圖8為樣件中性鹽霧試驗腐蝕1 000 h后的銅管表面宏觀腐蝕形貌。從圖可見，涂覆防腐涂層的銅管表面僅有少量腐蝕產物附著，未做防腐的銅管表面已發生較嚴重腐蝕，且銅管腐蝕發黑明顯。

3）腐蝕截面金相分析。將中性鹽霧腐蝕1 000 h后的銅管進行截面腐蝕形貌分析（如圖9）。從圖9可見，未防腐銅管樣件外表面可見顯著的均勻腐蝕坑，涂覆防腐涂層的蒸發器銅管腐蝕1 000 h后外表面無明顯腐蝕痕跡。

圖9 中性鹽霧試驗后樣件微觀腐蝕形貌對比

實驗結果表明，蒸發器銅管表面涂覆無色水性防腐涂料后，銅管表面光澤度較防腐前明顯增加，且防腐涂料附著性能良好，顯著提高銅管耐腐蝕性能，為空調蒸發器產品的腐蝕防護提供有效工藝手段。

3 結論

1）空調蒸發器環境腐蝕已經成為空調冷媒泄漏失效的第一大原因，且泄漏點主要集中于蒸發器U管底部；

2）空調蒸發器銅管環境腐蝕形式主要為蟻巢狀腐蝕，其發生的必要條件是：銅 + 腐蝕介質+水+氧氣，腐蝕介質主要為低級羧酸；

3）在空調蒸發器裸露銅管表面涂覆無色水性防腐涂料，附著性能良好，可顯著提高銅管的耐腐蝕性能，為空調蒸發器產品的腐蝕防護提供有效工藝手段。