甘立荣 王志民 施清清 黄树燕 陈树根

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

前言

材料腐蚀问题一直是制约制造业产品可靠性水平快速提升的瓶颈问题，产品质量的好坏与产品的耐腐蚀性能息息相关，严重的腐蚀不仅对产品可靠性构成巨大威胁，还可能导致灾难性事故，给企业及用户带来财产损失，甚至危及生命安全[1-3]。随着家用空调普及率的提高，安装环境越来越复杂，对空调的性能提出了更高的要求[4-6]。空调器腐蚀主要包括换热器腐蚀、内机注塑件腐蚀、压缩机等关键零部件腐蚀以及电子元器件腐蚀等。

近年来售后反馈空调铜管腐蚀泄漏的质量投诉集中。2012～2014年空调蒸发器泄漏数据分析表明，蒸发器腐蚀泄漏俨然成为售后系统漏氟数据飚高的主要原因，严重影响产品的可靠性。蒸发器作为空调换热主要部件，其失效将导致空调整机失效，严重影响消费者使用，存在较大安全隐患，亟需解决[6,7]。目前，尚未见关于可用于空调蒸发器铜管规模性生产的防腐工艺方法的报道。本文将根据售后腐蚀泄漏空调蒸发器故障样件，分析空调蒸发器环境腐蚀特点及原因，并结合腐蚀特点和生产实际研究可用于空调蒸发器的有效防腐工艺手段，提升空调蒸发器抗腐蚀性能。

1 空调蒸发器铜管腐蚀分析

目前，家用空调蒸发器普遍采用铝箔翅片+铜管的结构，材料具有较好耐腐蚀性能，在日常使用中能够抵御外界腐蚀，但是在一些特殊环境中蒸发器受到如温度、湿度、腐蚀性物质等因素作用会在短时间内发生腐蚀泄漏失效[6-8]。家用空调售后泄漏故障复核结果表明（如图1），蒸发器环境腐蚀已经成为影响空调冷媒泄漏失效的第一大原因，对产品可靠性造成极大威胁。空调蒸发器环境腐蚀形貌示意图如图2。

1.1 蒸发器铜管环境腐蚀特点

售后故障分析表明，空调蒸发器环境腐蚀泄漏主要集中在两端裸露铜管部位（U管侧和弯头侧）。其中，U管侧铜管作为整个管路系统最薄弱部位，该位置腐蚀泄漏约占环境腐蚀泄漏故障总数的81.82 %（如图3），是蒸发器环境腐蚀的主要部位。

对售后环境腐蚀蒸发器铜管进行取样分析，铜管截面呈由外向内的蚁巢状腐蚀形貌，如图4所示。售后故障样件分析统计表明，蚁巢腐蚀是空调铜管环境腐蚀泄漏的主要形式，危害巨大。样件腐蚀泄漏部位表面棕色异物的EDX（荧光分析）、红外光谱测试及GCMS测试（气相色谱）测试结果表明，腐蚀部位表面异物为油脂类和醇类有机物。

图1 家用空调售后泄漏故障原因分析

图2 空调蒸发器环境腐蚀形貌示意图

图3 家用空调售后环境腐蚀泄漏分布统计

图4 蒸发器铜管环境腐蚀形貌及低级羧酸生成过程示意图

1.2 蒸发器铜管环境腐蚀原因分析

售后实地排查发现，引起空调器腐蚀的酸性物质来源主要为安装环境中有机物受热水解酸化，具体如图4所示。研究表明[9-11]，蚁巢腐蚀是一个电化学腐蚀过程，其发生的必要条件是：铜 + 腐蚀介质+水+氧气，腐蚀介质主要为低级羧酸（蚁酸 HCOOH、乙酸 CH3COOH、丙酸CH3CH2COOH等），铜管表面因水和腐蚀介质的存在，形成一层电解质溶液，进而形成了一个腐蚀微电池结构：

阳极反应：

阴极反应：

反应（3）和（4）反复进行从而导致蚁巢腐蚀的发生，直至铜管腐蚀穿透。

2 蒸发器铜管防腐技术研究与应用

研究表明[12,13]，大多数控制腐蚀的方法均围绕以下3种思路进行：①使金属表面与环境介质隔离；②改善金属表面环境，使阳极或阴极反应在可控范围内；③使用高耐腐蚀金属材料。在铜管表面涂覆缓蚀剂，如BTA（苯丙三氮唑）、2-十一咪唑等，以及通过降低氧含量和加入猛（Mn）、镁（Mg）等合金元素提高铜管自身抗腐蚀性能，都没有规模性的实用工艺出现。

2.1 涂料防腐原理（如图5）

对蒸发器裸露铜管进行防腐蚀涂装处理，通过涂料组分之间交联形成三维空间网状结构，使涂层具有很高致密度，有效防止水、氧气、电解质离子等腐蚀介质渗入涂膜，阻隔腐蚀电池形成通路，使腐蚀活动得到有效抑制，改善蒸发器裸露铜管的耐腐蚀性能，提高换热器可靠性，延长空调机组使用年限，是控制空调蒸发器环境腐蚀最有效、最直接的手段。

2.2 防腐涂层制备及性能测试

目前常用的涂料涂覆工艺包括刷涂、浸涂以及喷涂等，为提高蒸发器组件防腐能力，通过浸涂工艺对特殊机蒸发器U管底部铜管裸露位置涂覆自制无色水性涂料，进行防腐处理。涂覆防腐涂料后，铜管表面光泽度较防腐前明显增加（见图6）。

图5 涂料防腐原理示意图

图6 涂覆防腐涂层前后铜管表面状态示意图

图7 沸水浸泡后涂层表面状态示意图

图8 中性盐雾试验后样件宏观腐蚀形貌对比

1）沸水浸泡实验。将涂覆防腐涂层的蒸发器铜管置于100 ℃沸水中进行浸泡，观察铜管涂层外观变化。实验结果表明，样件沸水浸泡30 min后，样件表面涂层仅轻微发白，无起泡、起皱、脱落等异常，附着性能良好（如图7）。

2）中性盐雾实验。将防腐和未防腐蒸发器样件分别进行1 000 h中性盐雾试验，观察对比样件铜管表面腐蚀形貌。图8为样件中性盐雾试验腐蚀1 000 h后的铜管表面宏观腐蚀形貌。从图可见，涂覆防腐涂层的铜管表面仅有少量腐蚀产物附着，未做防腐的铜管表面已发生较严重腐蚀，且铜管腐蚀发黑明显。

3）腐蚀截面金相分析。将中性盐雾腐蚀1 000 h后的铜管进行截面腐蚀形貌分析（如图9）。从图9可见，未防腐铜管样件外表面可见显著的均匀腐蚀坑，涂覆防腐涂层的蒸发器铜管腐蚀1 000 h后外表面无明显腐蚀痕迹。

图9 中性盐雾试验后样件微观腐蚀形貌对比

实验结果表明，蒸发器铜管表面涂覆无色水性防腐涂料后，铜管表面光泽度较防腐前明显增加，且防腐涂料附着性能良好，显著提高铜管耐腐蚀性能，为空调蒸发器产品的腐蚀防护提供有效工艺手段。

3 结论

1）空调蒸发器环境腐蚀已经成为空调冷媒泄漏失效的第一大原因，且泄漏点主要集中于蒸发器U管底部；

2）空调蒸发器铜管环境腐蚀形式主要为蚁巢状腐蚀，其发生的必要条件是：铜 + 腐蚀介质+水+氧气，腐蚀介质主要为低级羧酸；

3）在空调蒸发器裸露铜管表面涂覆无色水性防腐涂料，附着性能良好，可显著提高铜管的耐腐蚀性能，为空调蒸发器产品的腐蚀防护提供有效工艺手段。