某Y型過濾器開裂原因

沙 菲

(上海材料研究所,上海 200437)

用于空調系統的某Y型過濾器材料為HPb57-3鋼，熱處理方式為紅沖鍛壓工藝，主要作用為消除介質中的雜質，保護閥門和設備的正常使用。該Y型過濾器運行20個月后，在空調系統制熱過程中，末端機盤管漏水，經排查發現是Y型過濾器開裂引起的。筆者采用一系列理化檢驗分析了該過濾器開裂的原因，以避免該類問題再次發生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

開裂過濾器的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：過濾器端面一側有裂紋，裂紋長度約為2.5 cm，且外壁裂紋長度大于內壁，裂紋基本垂直于端面，與軸向大致平行，Y型過濾器內、外壁均可見大量異物；將過濾器沿裂紋打開，可見斷面大部分區域呈土黃色，端面螺紋處呈灰白色，人工打開斷口區域呈亮黃色。

1.2 化學成分分析

在開裂過濾器處取樣進行化學成分分析，結果如表1所示。

表1 開裂過濾器的化學成分分析結果 %

1.3 掃描電鏡(SEM)及能譜分析

1.3.1 斷面

將開裂過濾器斷面清洗后，用Quanta400 FEG型SEM進行分析，結果如圖2所示。由圖2可知：原始斷口大部分區域被異物覆蓋，末端可見裂紋；人工打開斷口呈韌窩特征。

圖2 斷面的SEM形貌

采用能譜分析儀對開裂過濾器斷面進行分析，結果如圖3所示，可見從靠近端面外壁到內壁，Zn，O元素的質量分數逐漸增加，螺紋處O元素的質量分數為9.59%，Zn元素的質量分數為69.11%。

圖3 斷面的能譜分析結果

1.3.2 端面

將開裂過濾器端面清洗后，進行SEM分析，結果如圖4所示，可見端面大部分區域被灰白色異物覆蓋，且有與斷口平行的裂紋。采用能譜分析儀對灰白色異物進行分析，結果如圖5所示，可知異物中Cl元素的質量分數為0.80%，Zn元素的質量分數為72.43%。

圖4 端面的SEM形貌

圖5 端面異物的能譜分析結果

1.3.3 內壁

對開裂過濾器內壁進行SEM分析，結果如圖6所示，可見內壁大部分區域被異物覆蓋，局部區域可見平行裂紋。對內壁異物進行能譜分析，結果如圖7所示，可知異物中O元素的質量分數為12.95%，Fe元素的質量分數為41.10%。

圖6 內壁的SEM形貌

圖7 內壁異物的能譜分析結果

1.3.4 外壁

圖8 外壁的SEM形貌

圖9 外壁異物的能譜分析結果

對開裂過濾器的外壁進行SEM分析，結果如圖8所示，可見外壁大部分區域被異物覆蓋。對外壁異物進行能譜分析，結果如圖9所示，可知異物中O元素的質量分數為7.00%，S元素的質量分數為3.37%，Cl元素的質量分數為2.60%，Zn元素的質量分數為58.51%。

1.3.5 剖面

在開裂過濾器的剖面處截取試樣，經鑲嵌、磨拋后，對試樣進行SEM分析，結果如圖10所示，可見斷口處有裂紋。對被腐蝕的β相和正常區域進行能譜分析，結果如圖11所示。由圖11可知：被腐蝕的β相中S元素的質量分數為0.88%，Zn元素的質量分數為11.21%，Cu元素的質量分數為83.91%；正常區域中Zn元素的質量分數為43.10%，Cu元素的質量分數為54.28%。

圖10 剖面處的SEM形貌

1.4 金相檢驗

在開裂過濾器的剖面處截取試樣，經鑲嵌、磨拋、侵蝕后，對試樣進行金相檢驗，結果如圖12所示，可知開裂過濾器的顯微組織為α+β相，斷口處和外壁均有疏松的銅和富銅相。

圖11 被腐蝕的β相和正常區域的能譜分析結果

圖12 開裂過濾器的顯微組織形貌

2 綜合分析

脫鋅腐蝕是指黃銅合金中的合金元素在腐蝕介質中不是按它們在合金中的比例溶解，而是電位較低、相對較有活性的Zn元素因電化學作用而被選擇性溶解的腐蝕現象。黃銅合金發生脫鋅腐蝕與合金中的鋅元素含量有關，當黃銅合金中的Zn元素質量分數大于20%時，Zn元素在水溶液中易先溶解，留下多孔的銅。黃銅的脫鋅腐蝕不僅在中性的海水、河水、工業水中發生，也能在酸性較強的介質、堿性介質及各種鹽類溶液中發生。此外，過電位也影響黃銅的脫鋅過程，如在低電位下，脫鋅會發生相轉變，而在高電位下，會直接變成疏松的銅或富銅相[1]。

Y型過濾器中Zn元素的質量分數為38.03%，遠大于20%，在接觸腐蝕性介質時易發生脫鋅腐蝕。經能譜分析結果可知，Y型過濾器內、外壁，端面以及斷面處的異物均存在腐蝕性元素O，S，Cl，外壁、斷面和端面上存在的灰白色異物含有較多Zn元素，為脫鋅析出。該Y型過濾器的工作介質中含O，S，Cl等腐蝕元素，發生了脫鋅腐蝕，最終導致過濾器發生開裂。

3 結論

該Y型過濾器的開裂原因為：過濾器接觸含O，S，Cl等元素的腐蝕介質，發生了脫鋅腐蝕，導致過濾器發生開裂。