鋁硅合金焊絲在漆表面腐蝕的原因分析

鋁硅合金焊絲在漆表面腐蝕的原因分析

新硅酮利用率在中國(guó)使用時(shí)間短，試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)低。由于中國(guó)的鍋爐具有很強(qiáng)的水性和大量的水，這對(duì)木材是非常不利的，因此需要內(nèi)部腐敗才能使用鋁裝置。為此,我們先后開(kāi)發(fā)了YDR-1,YDR-2兩種散熱器內(nèi)防腐專用涂料.長(zhǎng)期的生產(chǎn)與使用實(shí)踐證明,只要散熱器的進(jìn)行合格的漆前表面處理,漆膜與鋁基材的結(jié)合力就能達(dá)到要求,涂層能在我國(guó)的堿性鍋爐水中長(zhǎng)期浸泡而不鼓泡不脫落,從而起到良好的保護(hù)作用.但有一個(gè)共同現(xiàn)象,即在散熱器的焊縫處,漆膜往往出現(xiàn)鼓泡甚至脫落的現(xiàn)象.所有出現(xiàn)這種現(xiàn)象的散熱器都是采用釬焊焊接工藝進(jìn)行焊接的.該焊接工藝應(yīng)力變形小,可是強(qiáng)度相對(duì)較低,但因?yàn)榭傮w成本相對(duì)較低,工藝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單,因此被絕大多數(shù)鋁制散熱器廠采用.為徹底查明造成這種現(xiàn)象的原因,我們到數(shù)個(gè)目前國(guó)內(nèi)知名的散熱器廠家進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,并從流水線中抽取了試樣,專門針對(duì)散熱器的焊縫做了研究.1試樣表面狀態(tài)鋁制散熱器在進(jìn)行內(nèi)防腐涂裝前必須進(jìn)行表面處理,使鋁材表面形成一定的轉(zhuǎn)化膜.鋁材的表面處理工藝多種多樣,但磷化工藝所形成的磷化膜與有機(jī)涂料的結(jié)合力最強(qiáng),因此,目前絕大多數(shù)用戶都采用了這種處理方法.為了對(duì)比不同磷化處理工藝下,焊縫與鋁材表面狀態(tài)的差異,我們選取了兩種目前在工業(yè)生產(chǎn)中使用的鋁材磷化處理工藝對(duì)兩個(gè)散熱器廠家的試樣進(jìn)行了處理.兩種處理工藝在一些步驟上有一定的差異(表1).所有試樣在經(jīng)過(guò)去油和去氧化層處理后焊縫處都呈現(xiàn)黑色,但各個(gè)試樣的程度不同,而且在用刷子刷蹭之后,焊縫處的顏色會(huì)變淺.為了分析研究試樣在不同階段的表面狀態(tài),在作完表面調(diào)整后,所有試樣被分為3部分,其中一部分不再作進(jìn)一步處理,還有一部分在作完磷化處理后掛漆.將未進(jìn)行磷化處理的得試樣與磷化后未掛漆的試樣在掃描電鏡下觀察其表面狀態(tài),從觀察結(jié)果來(lái)看所有試樣基本上相同,焊縫處存在著大量的白色物質(zhì)(圖1a、b、c、d),分析結(jié)果表明這些物質(zhì)是硅(圖2).而掛漆的試樣在90℃,pH值為12的堿性熱水里進(jìn)行耐蝕性實(shí)驗(yàn),在進(jìn)行了60個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)后,焊縫處的漆膜全部出現(xiàn)了鼓泡現(xiàn)象,但同時(shí)基材上的漆膜卻完好無(wú)損沒(méi)有任何變化.2焊接工藝的改進(jìn)從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,釬焊焊縫在表面處理過(guò)程,生成并沉積的疏松的硅,至少是造成涂料在焊縫處附著力差的主要原因之一.雖然通過(guò)刷涂的辦法能部分去除,但這在工業(yè)生產(chǎn)上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的.同時(shí),從磷化試樣電鏡照片來(lái)看,焊縫處的磷化膜生長(zhǎng)要比母材差,這必然進(jìn)一步惡化漆膜附著力.分析研究表明,上述情況是釬焊工藝自身特點(diǎn)所造成的不可避免地結(jié)果.釬焊焊縫的物理化學(xué)性質(zhì)不均勻,可分為擴(kuò)散區(qū)、中心區(qū)、界面區(qū)三部分.擴(kuò)散區(qū)是釬料組分向母材中擴(kuò)散形成的,和中心區(qū)相比其晶粒相對(duì)較大.中心區(qū)是母材溶解和釬料混合后冷卻形成的,其內(nèi)部有大量再結(jié)晶時(shí)形成的偏析物質(zhì).界面區(qū)的組織形貌介于兩者之間.目前我國(guó)鋁制散熱器廠使用釬焊工藝基本上相同,大都采用乙炔焰作為加熱源,釬縫位置一般在散熱片部分和主水道部分的結(jié)合處.釬焊工藝過(guò)程要求釬料融化的同時(shí),形成釬縫的母材強(qiáng)度變化不大,這樣才能保證釬料可以向釬縫中充分滲透.因此,絕大多數(shù)廠家選用含硅量在12%~15%左右的鋁焊絲,這種焊絲配合KCl、BaCl2、K3AlF6、LiCl等焊藥可以在450℃左右融化,在此溫度下鋁合金仍然具有一定強(qiáng)度.經(jīng)過(guò)重熔冷卻后,焊縫處的硅含量更高,分析檢測(cè)表明焊縫表面的硅含量高達(dá)20%,經(jīng)過(guò)堿洗、酸洗后釬縫處的表面含硅量可達(dá)50%以上.上述現(xiàn)象是前處理過(guò)程中釬縫處發(fā)生選擇性腐蝕造成的,在去處氧化皮階段,焊縫處的鋁硅合金被迅速侵蝕.其中鋁完全溶解到處理液中,而硅卻無(wú)法溶解又以非常疏松的狀態(tài)重新沉積到焊縫上.而由于硅的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,在后序處理中無(wú)法溶解,直到掛漆時(shí)仍然附著在焊縫表面上,造成漆膜不能充分與磷化層浸合.此外,由于焊縫處含硅量較高,其腐蝕電位要比基材正許多(表2).這種懸殊的腐蝕電位差會(huì)給釬焊接頭的抗腐蝕性能帶來(lái)非常不利的影響.文獻(xiàn)曾經(jīng)報(bào)道過(guò)釬縫涂漆后出現(xiàn)皮下腐蝕的情況,腐蝕表現(xiàn)形式為鼓泡,需要指出的是,文獻(xiàn)中的使用環(huán)境遠(yuǎn)沒(méi)有鋁制散熱器實(shí)際使用環(huán)境苛刻.除此之外,鋁制散熱器在釬焊過(guò)程中形成的縫隙易發(fā)生縫隙腐蝕.以主水道兩端的絲口為例,由于散熱器標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)絲堵厚度有嚴(yán)格要求,所以此處釬縫深度很大,非常容易出現(xiàn)釬縫未填滿的狀況.大多數(shù)釬縫很窄,在時(shí)間相對(duì)較短的內(nèi)涂裝過(guò)程中,涂料無(wú)法完全滲透到未填滿的縫隙中去.而在未來(lái)的長(zhǎng)期使用過(guò)程中,水是完全可以滲透進(jìn)去的,這就為縫隙腐蝕的發(fā)生提供了理想條件.一條縫隙要想成為縫隙腐蝕部位,必須寬到液體可以流入,同時(shí)必須窄到能維持液體靜滯,相當(dāng)一部分鋁制散熱器的釬縫符合上述條件.縫隙腐蝕一旦發(fā)生,速度非?？?在120個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)期間內(nèi),兩端堵頭就會(huì)生成大量的白色腐蝕產(chǎn)物,一些廠家的產(chǎn)品甚至出現(xiàn)過(guò)在檢測(cè)期間絲扣處穿孔泄漏的極端情況.即使在焊接質(zhì)量非常好的致密釬縫上,也很有可能出現(xiàn)沿晶腐蝕,由于釬焊用焊絲含有1%~2%的銅,在焊縫冷卻重結(jié)晶后,會(huì)在晶界處析出少量CuAl2,其腐蝕電位比周圍的鋁硅固溶體正很多,當(dāng)浸泡在腐蝕介質(zhì)中時(shí),晶格與析出物之間的電位差異必然會(huì)導(dǎo)致沿晶腐蝕.改善上述問(wèn)題的方法之一是盡可能減少釬焊焊縫在散熱器內(nèi)表面的暴露面積(圖3).由于散熱器內(nèi)表面的焊縫面積會(huì)大大減少,其帶來(lái)的負(fù)面影響也會(huì)大幅度減少,同時(shí)成本不會(huì)有較大變化.對(duì)于釬焊焊縫表面沉積的疏松硅,可以采用鑄造鋁硅合金化學(xué)拋光工藝對(duì)其進(jìn)行處理,經(jīng)2分鐘左右清洗后硅就會(huì)被清洗干凈.但使用這種工藝進(jìn)行處理的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的劇毒NO2氣體.為了解決上述問(wèn)題,本課題組采用酸性NaF飽和溶液配合抑霧劑的方法對(duì)焊縫進(jìn)行清洗.這種方法所需時(shí)間較長(zhǎng),同時(shí)會(huì)揮發(fā)大量HF氣體,而且槽液每天都要補(bǔ)加,否則進(jìn)會(huì)因?yàn)镕-離子濃度不夠而失去清洗效果.如果采用NaHF2飽和溶液進(jìn)行處理效果會(huì)好得多,槽液管理會(huì)更加容易,但漕液的成本會(huì)大大增加.同釬焊焊縫的諸多問(wèn)題相比,氬弧焊焊縫的各項(xiàng)性能很突出.由于氬弧焊采用純鋁焊絲,焊縫處的電位與周圍鋁合金基本上相同.在表面處理后,焊縫處生成的磷化膜往往比基材還好,多次動(dòng)態(tài)回路沖擊試驗(yàn)也表明,其焊縫區(qū)域的耐蝕性能同其他區(qū)域相同.采用氬弧焊焊接時(shí)兩端絲堵的焊縫較寬,所以也不會(huì)