空調蒸發器銅管腐蝕分析及預防

鄭小郴 韓順訓 張 洋

（1.珠海格力電器股份有限公司 珠海 519060；2.格力電器（洛陽）有限公司 洛陽 471000）

引言

隨著氣候的變化及人民生活水平的提高，很多家庭都普遍安裝有空調器，而空調的安裝使用環境也變得越來越復雜，從居家臥室使用到商業店鋪，辦公作坊等等，復雜的安裝使用環境也對空調的零部件質量提出了更加嚴格要求。根據行業信息反饋，在收到的投訴方面，冷媒泄露是最重要部分之一。這使得空調直接喪失了最本質的功能，直接影響客戶使用，且維修難度較大，維修成本高；而腐蝕是一種不可避免的自然現象，因造成經濟損失非常嚴重。因此，有效的降低和解決蒸發器管路腐蝕成為當務之急。

本文筆者通過對U管路腐蝕的故障件失效原理的檢驗及分析，結合自身開發經驗及立足于基礎研究進行的腐蝕控制技術的開發及應用。針對性的提出了預防和改進措施。對后續售后服務及開發研究人員在此類零部件的開發時起到一定的指導作用。

1 蒸發器銅管腐蝕泄漏失效分析

行業信息反饋東南亞市場某品牌空調器分體內機蒸發器出現冷媒泄漏問題，根據圖1故障樣件信息及泄漏部位形貌，可見各樣件U管底部及邊板均腐蝕生銹嚴重，U管表面腐蝕腐黑，局部可見銅綠。依據故障件復核分析情況初步判斷為環境因素腐蝕導致。

圖1 故障件外觀圖

1.1 微觀分析

由于空調器從生產到安裝使用，在世界各個地區的使用工況各不相同，面對各種極端惡劣條件。對于銅管泄露失效的原因存在許多種可能，但是普遍導致失效的三種原因有：外部環境腐蝕泄漏、外力破壞銅管泄漏、應力應變銅管泄漏。其不同原因造成的失效機理在微觀分析的腐蝕紋也各不相同，見表1。

表1 典型失效機理對比

通過買回故障樣機，取銅管腐蝕失效的故障件，在各樣件標記泄漏點位置制樣，在金相顯微鏡下觀察，結果如圖2所示，腐蝕由螺紋管外表面向內逐漸擴展，最終貫穿形成泄漏通道。均呈典型環境腐蝕痕跡。

圖2 金相分析圖

1.2 腐蝕機制分析

由于冷凝作用，U端表面會凝聚大量的水膜，停機后水膜仍能存在2～3 H，空氣中的腐蝕介質SO2、H2S、CO2和NH3等均能溶于水膜成為強腐蝕介質，加速銅管的腐蝕，隨著環境氣氛相對濕度和溫差變化這種作用更強。

初期的銅管表面清潔未吸附水分，在開機運行5 min左右后，銅管表面形成薄液膜。空氣的灰塵、鹽分及污染性體（SO2）等溶于薄液膜 ，使水pH降低，促進腐蝕。隨著腐蝕產物積累，在銅管表面形成疏松的疏松的腐蝕產物層，由于毛細作用。疏松的腐蝕產物層極易吸收水分，延長銅管潤濕時間，加強腐蝕作用。

通常空調器的排水管都接向下水道，下水道中也含有 H2S、NH3等對銅材有強腐蝕性的氣體，空調器制冷的過程中，銅管冷凝產生凝露水，多數凝露水滴落后隨水路排放，在該U管位置與角形架裝配，且角形架端口對于U管呈包圍形，U管凝露產生的凝露水排放困難，難以排干凈及難蒸發，長期處于潮濕、帶腐蝕性氣體的環境中，導致銅管表面長期與水接觸，導致 U管薄弱處發生腐蝕穿孔泄漏，見圖3。

圖3 銅管腐蝕過程示意圖

而腐蝕形成的機理并不復雜，其化學反應也通常被認為是一種自催化反應，以與低級羧酸X的反應為例，其反應步驟如下：

其最后兩步反應則是腐蝕問題的關鍵點，其過程將不間斷的反復發生，直至銅管被腐蝕穿透；并且在蒸發器中，鍍鋅鋼板被腐蝕后產生的鐵銹水含有較強氧化性鐵離子，另外，空氣中含有的Cl、S等在潮濕的銅管表面上作用首先會破壞銅管表面的氧化膜，使銅管的耐腐蝕性很大程度的下降，更關鍵的是銅管可直接被氧化產生銅離子，進一步和上述反應中的羧酸根離子X產生反應生成羧酸銅，進而推動產生CuX的反應進行，加快了腐蝕反應的速度。

1.3 腐蝕產物來源分析

2018年以來，印度尼西亞地區各品牌廠家的空調也發生了不同程度的腐蝕情況反饋；通過安排技術人員實地調查，進一步發現近年來空氣污染情況存在一定程度的變化；根據國際環保組織“綠色和平”發布的一份報告，顯示，近10年來，印尼空氣質量污染程度加劇，首都雅加達已成為“東南亞空氣質量最差城市”。

Air Visual根據各個國家的官方發布的空氣質量數據，統計了世界上3000多個城市年均空氣質量，推出了一份《WORLD AIR QUALITY REPORT》；報告顯示：其中全球有高達64 %的城市超過了世界衛生組織關于PM2.5的標準，而南亞99 %、東南亞95 %和東亞89 %的城市超標，整個東南亞只有4.5 %的城市年均PM2.5達標。同時我們發現，在空氣最差的15座城市里，泰國包攬了其中10座，全球空氣質量污染見圖4。

圖4 2020年-全球空氣質量污染圖

基于上述數據，印尼火山較多，首都雅加達空氣污染嚴重；汽車尾氣和火山氣體SO2和H2S等氣體，易溶于水后產生酸并與銅管發生反應。SO2和Cu之間會發生氧化反應，且SO2會通過酸化吸附水膜而使銅管表面的膜分解，并且在腐蝕物中形成硫酸物。

同期，我們收到反饋，東南亞不同地區的類似腐蝕案例增多。通過對客戶提供的故障件，從U管表面刮取腐蝕物，送樣做成分測試；測試結果顯示包含硫元素，而正常銅表面不應含有硫元素，判斷為使用環境中含有硫化物導致蒸發器腐蝕泄漏。

2 預防改進措施

結合多元分析，基于以上腐蝕機理，造成環境腐蝕破壞的主要原因在于空氣中存在的腐蝕物質與銅管長期一起作用導致銅管腐蝕失效。那么如能阻斷腐蝕氣體與銅管的接觸則能夠很大程度上有效的降低腐蝕情況的產生。通過實驗對蒸發器銅管的防腐蝕工藝進行嚴格的實驗驗證。

耐腐蝕方案驗證情況：360 h（相當于正常使用腐蝕時長15年）中性鹽霧試驗，樣銅管涂層無脫落、表面腐蝕等不良現象，防腐效果優良。

因此，我們評估對蒸發器端面增加防腐工藝，很大程度上能有效保護銅管，見圖5。且從2019年開始對實驗樣品增加防腐工藝進行長期鹽霧腐蝕實驗，至今無產生及影響售后的腐蝕問題出現，證實該工藝能夠有效防腐。對于后續機型的選用建議使用防腐蒸發器（U管處增加噴涂防腐），同步排查用戶生活環境是否使用含有硫、氯元素的化學用品、廚房油煙排氣是否與內機安裝空間連通。安裝過程中盡量避免將排水管口放置在下水道、廁所等環境附近；并且在存在高污染、高鹽分、高濃度污染性氣體（SO2）等特殊環境中的換熱器建議銅管做防腐處理。

圖5 銅管腐蝕環境中1年微觀形貌圖

3 總結

本次東南亞品牌冷媒泄露故障蒸發器組件，對其泄漏點位置進行金相分析，確定為由外往內的環境腐蝕；主要原因為空調使用環境惡劣，環境中含有腐蝕銅管的物質，蒸發器部件銅管無防腐蝕措施導致腐蝕泄漏。

當然除了以上問題點，也可能存在其他的原因導致冷媒的泄露隨著空調行業發展，除了上述解決方案也可通過改變結構加快U管表面水分的蒸發速率等等，因此需要各類技術人員的不斷深研優化，畢竟消費者使用的舒適性和產品安全是我們開發人員的第一責任。