新能源汽車空調出風中白色粉沫的形成機理分析

摘要：通過能譜、金相檢測，對路試車空調出風中夾雜的白色粉末進行了分析，確認該粉末是蒸發器腐蝕后形成的鋁氧化物。紅外檢測和耐腐蝕性試驗結果表明，在潮濕環境中，蒸發器在Cu的催化作用下發生了電偶腐蝕。采取了更換材料和采用耐腐蝕性更強的鈍化、親水藥水的解決措施，有效解決了蒸發器腐蝕，導致空調出風時吹出白色粉末的問題。

關鍵詞：空調箱 蒸發器 白色粉末 腐蝕

中圖分類號：U463.85 " 文獻標志碼：B " DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230404

Analysis of the Blowing White Powder from the Air Conditioning Box of New Energy Vehicles

Ni Lei

（SAIC Motor Passenger Vehicle Company， Shanghai 201804）

Abstract： The problem of blowing white powder from the air conditioning box of the test car is analyzed by means of energy spectrum and metallographic analysis， and it is confirmed that white powder is an oxide of aluminum formed after corrosion of the evaporator. Through infrared and corrosion resistance test analysis， the results show that the serious corrosion is caused by the evaporator in a humid environment in which galvanic corrosion occurred under the catalysis of Cu. The solutions such as replacing materials and using passivation and hydrophilic chemicals with higher corrosion resistance are proposed so as to effectively solve the problem of blowing white powder in air conditioning boxes because of the evaporator’s corrosion.

Key words： Air conditioning box， Evaporator， White powder， Corrosion

1 前言

汽車駕駛艙的熱舒適性已成為評價汽車性能的重要指標之一，而車載空調性能直接影響熱舒適性，空調箱是車載空調的重要組成部分。空調箱總成內部有兩大芯體，即制冷系統的蒸發器芯體和制熱功能的暖風芯體。空調箱總成零件還包括鼓風機、過濾器、風門、風門電機、鼓風機調速模塊、線束、蒸發器管路及膨脹閥、暖風芯體管路、風道、殼體、出風口海綿、排水管等[1]。空調箱制冷需配備蒸發器，蒸發器由扁管、翅片、邊板、水室和管道等部件釬焊焊接而成，所使用的材料為導熱良好的鋁合金。空調箱的工作原理是：壓縮機向蒸發器內部管道充入低溫液態制冷劑，外部空氣流過蒸發器時，熱量被帶走，形成冷空氣進入駕駛艙，使駕駛艙降溫。在制冷過程中，空氣中的水汽會在蒸發器表面冷凝，形成液態水附著，最后通過蒸發或空調箱內的排水口排出。

近年來，多個品牌的新能源車型發生過空調出風中出現白色粉末的問題，該問題與蒸發器有關。本文對某純電動汽車項目開發階段空調出風含白色粉末的問題進行研究，分析空調箱蒸發器失效的原因和機理，并提出改進措施。

2 項目背景

為保證整車項目質量，在產品開發中，會對其進行材料級、零部件級及整車級的測試和驗證，以確保量產車輛的質量可靠性及穩定性。在開發中，蒸發器需要進行材料測試、零件耐腐蝕性和功能性測試，并通過整車各項試驗進行考核。某純電動汽車開發中，多輛試驗車在整車路試過程中出現空調出風含白色粉末問題。拆解空調箱發現，白色粉末來自蒸發器的表面，如圖1所示。

3 檢測與分析

3.1 外觀檢查

對失效蒸發器外觀（圖2）進行檢查，可見蒸發器迎風面已失去鋁合金的金屬銀色色彩，呈現黑色，且表面附著有較多的白色粉末，粉末分布不均勻，在氣體流量較大的區域沉積更多，在蒸發器背風面白色粉末相對較少。失效件剖開后發現，迎風面扁管表面較背風面扁管表面附著有更多的白色粉末。

3.2 能譜檢測

從腐蝕嚴重區域的表面選取粉末，并在中心部位截取翅片，利用蔡司掃描電鏡對不同區域的白色粉末進行能譜檢測，結果如圖3和圖4所示。

由蒸發器腐蝕嚴重區域迎風面白色粉末和翅片表面白色粉末的能譜檢測結果可知：

a. 蒸發器迎風面白色粉末中除含有O和Al外，還含有Cu，主要附著在迎風面，推測Cu為碳刷與電機銅轉子工作中的磨損產物；

b. 白色粉末中檢測出S，推測S元素來自于自然環境，如大氣。

3.3 表面鈍化親水層檢測

該蒸發器表面采用了鈍化、親水處理，在表面形成了氧化膜和有機薄膜，使其具有親水性，有利于冷凝水在蒸發器表面鋪開，提升了蒸發器的防腐性能。氧化膜和有機薄膜非常薄，無法通過金相進行檢測，故采用紅外光譜對失效件表面進行檢測，鑒別失效件是否經過了鈍化和親水處理。為便于分析，同時對未鈍化親水處理的新件、鈍化親水處理的新件、失效件及白色粉末進行紅外檢測，結果如圖5所示。對比結果可知，失效件具有與親水處理零件相近的波峰及曲線，因此，失效件表面經過了鈍化親水處理。

3.4 金相檢驗

隨機選取腐蝕區域進行剖切，可以看出翅片和扁管均出現明顯的腐蝕，扁管腐蝕更嚴重，局部腐蝕深度達到61.3 μm，如圖6所示。

3.5 材料鑒別

對失效件和入庫線上合格新件的翅片、扁管材料表面進行能譜儀（Energy Dispersive Spectroscopy，EDS）能譜檢測，結果如圖7和圖8所示。對比EDS能譜可知，失效件與新件元素無明顯差異。

3.6 耐腐蝕性能測試

蒸發器生產過程經過釬焊、鈍化、親水處理。分別選取僅釬焊、釬焊+鈍化、釬焊+鈍化+親水處理的3種不同工藝狀態的產品進行360 h和720 h的中性鹽霧試驗。中性鹽霧試驗后零件表面形貌如圖9和圖10所示，相對釬焊狀態產品，鈍化、鈍化+親水處理的產品耐中性鹽霧腐蝕性未見明顯提升。

3.7 銅粉對蒸發器耐腐蝕性能的影響

由能譜檢測可知，蒸發器表面白色附著物中含有Cu。鼓風機電機碳刷中含有Cu，Cu能大幅降低鋁的耐蝕性，增大點蝕傾向。為模擬Cu對蒸發器鋁合金材料的腐蝕影響，將清潔的蒸發器零件及表面散布電機碳刷碎屑的蒸發器零件分別放入冷凝水箱（溫度為40 ℃，100%的冷凝環境）中，進行耐腐蝕性比對試驗，以確認Cu對蒸發器鋁基體表面腐蝕的影響。試驗經過48 h后，有電機碳刷碎屑的蒸發器表面產生了白色腐蝕物質，清潔的蒸發器產品放置240 h后，其表面未出現白色腐蝕物質，如圖11所示。因此，Cu能夠加速蒸發器的腐蝕。

4 分析與討論

綜上，空調出風口白色粉末為蒸發器表面的白色粉末，白色粉末主要含有O、Al，并含有少量Cu，未檢測到F、K等。由此可判斷，白色粉末不是助焊劑（氟鋁酸鉀），而是蒸發器本體鋁氧化物。

金相顯示翅片和扁管局部出現腐蝕，因此，白色粉末是蒸發器腐蝕形成的鋁的氧化物。白色粉末中Cu大概率來自于電機碳刷與轉子的磨損，電機碳刷由石墨和Cu粉混合而成，工作中會與銅轉子發生接觸磨損，產生含Cu粉末，隨風吹到蒸發器表面。

失效件的翅片和扁管EDS能譜檢測結果與合格新件相同，與所選定的材料類型相匹配。基于失效件、新件及未鈍化親水的產品表面紅外檢測結果可知，失效件進行了鈍化和親水處理。因此，蒸發器材料正常，其腐蝕失效與零件材料本身無關。

蒸發器工作時，空氣中水汽會在其表面形成冷凝水，空氣中CO2、SO2、NO2等隨之溶入，使冷凝水呈酸性，從而加速腐蝕；此外，碳刷磨損的含Cu粉末附著于蒸發器表面，也會加速其在潮濕環境中的腐蝕，原因是Cu與扁管或翅片鋁材存在較大電位差，在潮濕環境中形成原電池效應，鋁不斷失去電子成為鋁離子，最終形成氧化鋁[2]，潮濕程度及產生腐蝕的時間長短與空調實際工況有關。試驗車型為純電動汽車，空調箱所處環境的溫度較燃油車低，因此，空調箱內部的冷凝水不易揮發，導致蒸發器表面更潮濕。

綜上，空調箱白色粉末是由于在潮濕環境條件下和Cu的催化作用下，蒸發器發生了嚴重的電偶腐蝕，產生了大量白色的鋁氧化物。

基于腐蝕機理，可通過提升蒸發器本體耐腐蝕性或避免產生Cu粉來解決該問題。因Cu粉來自鼓風機電刷和轉子，要避免Cu粉的產生必須采用無刷電機，基于成本的考慮，采取提升蒸發器自身耐腐蝕性的措施解決白色粉末問題，包括提升基材的耐腐蝕性、表面鈍化和提升親水層的耐腐蝕性等。

基于冷凝水和中性鹽霧試驗結果，該蒸發器經鈍化和親水處理后的耐腐蝕性與僅釬焊相當。因此，當前鈍化+親水處理的藥水對蒸發器的耐腐蝕性無明顯提升，需要選擇具有更好抗腐蝕性的鈍化和親水藥水以提升該產品的耐腐蝕性。

此外，該蒸發器扁管材料為1系鋁合金。相較于1系鋁合金，3系鋁合金添加了Mn元素，可降低Fe雜質的危害[3]，提高其腐蝕電位，從而提高耐腐蝕性。翅片材料為3系鋁合金，可降低翅片與扁管間的電位差，改善扁管的耐腐蝕性。因此，將扁管材料更換為3系鋁合金，可有效提升蒸發器的耐腐蝕性。

5 結束語

通過對失效件的分析及交叉比對試驗分析，可以得到以下結論：

a. 空調出風中含有白色粉末是由于蒸發器處于潮濕環境中，加之來自鼓風機碳刷磨損物中Cu的催化，導致蒸發器本體發生嚴重腐蝕，生成了大量的鋁氧化物所致；

b. 蒸發器本體材料的耐腐蝕性相對較差是導致嚴重腐蝕的原因之一；

c. 將蒸發器扁管材料由1系切換為3系，并采用具更好抗腐蝕性的表面鈍化和親水藥水，可有效提升蒸發器的耐腐蝕性能。改進后的車型在后續試驗驗證中未出現空調出風中含白色粉末問題，且售后表現良好，未出現相關抱怨。

參考文獻：

[1] 楊燕， 楊小紅. 整車試制過程中空調系統的質量控制[J]. 上海汽車， 2018（1）： 24-27.

[2] 張衛星， 張學偉. 淺談空調行業中銅鋁換熱器的腐蝕問題[J]. 制冷空調與電力機械， 2010， 31（131）： 87-88+92.

[3] 馬景靈， 文九巴， 焦孟旺， 等. 合金元素Mn對鋁合金陽極組織與性能的影響[J]. 腐蝕與防護， 2008， 29（11）： 667-669.

作者簡介：倪雷（1979—），男，高級工程師，學士學位，研究方向為乘用車金屬材料。

參考文獻引用格式：

倪雷. 新能源汽車空調出風中白色粉沫的形成機理分析[J]. 汽車工藝與材料， 2024（8）： 50-54.

NI L. Analysis of the Blowing White Powder from the Air Conditioning Box of New Energy Vehicles[J]. Automobile Technology amp; Material， 2024（8）： 50-54.