(上海材料研究所,上海 200437)

摘 要:某 Y 型过滤器在运行中发生开裂。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜 和能谱分析等方法对该 Y 型过滤器开裂原因进行分析。结果表明:该 Y 型过滤器的工作介质中主 要含有 O,S,Cl等腐蚀性元素,导致在运行中过滤器发生脱锌腐蚀开裂。

关键词:过滤器;脱锌腐蚀;黄铜合金;开裂 中图分类号:TB31;TG144 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)11-0056-05

用于空调系统的某 Y 型过滤器材料为 HPb57- 3钢,热处理方式为红冲锻压工艺,主要作用为消除 介质中的杂质,保护阀门和设备的正常使用。该 Y 型过滤器运行20个月后,在空调系统制热过程中, 末端机盘管漏水,经排查发现是 Y 型过滤器开裂引 起的。笔者采用一系列理化检验分析了该过滤器开 裂的原因,以避免该类问题再次发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察

开裂过滤器的宏观形貌如图1所示。由图1可 知:过滤器端面一侧有裂纹,裂纹长度约为2.5cm,且 外壁裂纹长度大于内壁,裂纹基本垂直于端面,与轴 向大致平行,Y型过滤器内、外壁均可见大量异物;将过滤器沿裂纹打开,可见断面大部分区域呈土黄色, 端面螺纹处呈灰白色,人工打开断口区域呈亮黄色。

1.2 化学成分分析

在开裂过滤器处取样进行化学成分分析,结果如表1所示。

1.3 扫描电镜(SEM)及能谱分析

1.3.1 断面

将开裂过滤器断面清洗后,用 Quanta400FEG 型SEM 进行分析,结果如图2所示。由图2可知: 原始断口大部分区域被异物覆盖,末端可见裂纹;人 工打开断口呈韧窝特征。

采用能谱分析仪对开裂过滤器断面进行分析, 结果如图3所示,可见从靠近端面外壁到内壁,Zn, O 元素的质量分数逐渐增加,螺纹处 O 元素的质量 分数为9.59%,Zn元素的质量分数为69.11%

1.3.2 端面

将开裂过滤器端面清洗后,进行 SEM 分析,结 果如图4所示,可见端面大部分区域被灰白色异物 覆盖,且有与断口平行的裂纹。采用能谱分析仪对 灰白色异物进行分析,结果如图5所示,可知异物中 Cl元素的质量分数为0.80%,Zn元素的质量分数 为72.43%。

1.3.3 内壁

对开裂过滤器内壁进行SEM 分析,结果如图6 所示,可见内壁大部分区域被异物覆盖,局部区域可 见平行裂纹。对内壁异物进行能谱分析,结果如图 7所示,可知异物中 O 元素的质量分数为12.95%, Fe元素的质量分数为41.10%。

1.3.4 外壁

对开裂过滤器的外壁进行 SEM 分析,结果如 图8所示,可见外壁大部分区域被异物覆盖。对外 壁异物进行能谱分析,结果如图9所示,可知异物中 O 元素的质量分数为7.00%,S元素的质量分数为 3.37%,Cl元素的质量分数为2.60%,Zn元素的质量分数为58.51%。

1.3.5 剖面

在开裂过滤器的剖面处截取试样,经镶嵌、磨抛 后,对试样进行SEM 分析,结果如图10所示,可见 断口处有裂纹。对被腐蚀的β相和正常区域进行能 谱分析,结果如图11所示。由图11可知:被腐蚀的 β相中S元素的质量分数为0.88%,Zn元素的质量 分数为11.21%,Cu元素的质量分数为83.91%;正 常区域中 Zn元素的质量分数为43.10%,Cu元素 的质量分数为54.28%。

1.4 金相检验

在开裂过滤器的剖面处截取试样,经镶嵌、磨 抛、侵蚀后,对试样进行金相检验,结果如图 12 所 示,可知开裂过滤器的显微组织为α+β相,断口处 和外壁均有疏松的铜和富铜相。

2 综合分析

脱锌腐蚀是指黄铜合金中的合金元素在腐蚀介 质中不是按它们在合金中的比例溶解,而是电位较 低、相对较有活性的Zn元素因电化学作用而被选择 性溶解的腐蚀现象。黄铜合金发生脱锌腐蚀与合金 中的锌元素含量有关,当黄铜合金中的Zn元素质量 分数大于20%时,Zn元素在水溶液中易先溶解,留下 多孔的铜。黄铜的脱锌腐蚀不仅在中性的海水、河 水、工业水中发生,也能在酸性较强的介质、碱性介质 及各种盐类溶液中发生。此外,过电位也影响黄铜的 脱锌过程,如在低电位下,脱锌会发生相转变,而在高 电位下,会直接变成疏松的铜或富铜相[1]。 Y 型过滤器中 Zn元素的质量分数为38.03%, 远大于20%,在接触腐蚀性介 质 时 易 发 生 脱 锌 腐 蚀。经能谱分析结果可知,Y 型过滤器内、外壁,端 面以及断面处的异物均存在腐蚀性元素 O,S,Cl,外 壁、断面和端面上存在的灰白色异物含有较多 Zn 元素,为脱锌析出。该 Y 型过滤器的工作介质中含 O,S,Cl等腐蚀元素,发生了脱锌腐蚀,最终导致过 滤器发生开裂。

来源：材料与测试网