换热器中铜管的点蚀机理及影响因素研究

摘要

机车换热器是内燃机车正常运行的关键设备。机车换热器的腐蚀与污垢沉积会严重降低热换热效率，导致换热器内管道失效甚至停机、造成运行成本的增加。构成机车换热器的材质主要是铜及其合金，铜及其合金的腐蚀可归结为均匀腐蚀、点蚀、侵蚀和大气腐蚀。预防铜及其合金腐蚀的缓蚀剂主要以硼砂、亚硝酸钠、硅酸钠和苯丙三氮唑复配而成，但在实际使用过程中，机车换热器中的黄铜管易发生点蚀现象。本文选取黄铜扁管、黄铜镀锡扁管、T2铜片和T2铜管为研究对象，建立集硼砂、亚硝酸钠、硅酸钠和苯丙三氮唑的不同配比以及温度为变量的正交表，采用挂片增重、失重、SEM和EDS研究机车换热器中铜管的点蚀机理及影响因素。其结果如下:
　　T2铜试片的腐蚀程度由大到小的影响是:温度＞硼砂＞硅酸钠＞苯并三氮唑＞硅酸钠;T2铜管试件的腐蚀程度由大到小的影响是:温度＞硼砂＞硅酸钠＞亚硝酸钠＞苯并三氮唑;对黄铜管试件的腐蚀程度由大到小的影响是:温度＞亚硝酸钠＞硅酸钠＞苯并三氮唑＞硼砂;对黄铜镀锡扁管试件的腐蚀程度由大到小的影响是:温度＞硼砂＞硅酸钠＞亚硝酸钠＞苯并三氮唑。
　　SEM结果表明造成T2铜管和黄铜扁管点蚀的主要原因是铜表面上氧化亚铜保护薄膜的局部破裂。致使坑底的铜作为阳极和表面的氧化亚铜薄膜作为阴极形成电偶，使得铜在坑中溶解发生点蚀，而氧化膜的破裂与过量的含碳残渣以及污垢（异物）在表面的沉积、机械攻击造成、材料自身的缺陷所致有关。在相同时长的挂片腐蚀试验中，T2铜片几乎没有腐蚀，T2铜管的腐蚀为点蚀初期阶段，而黄铜扁管的腐蚀为点蚀向均匀腐蚀过渡阶段，黄铜镀锡扁管为均匀腐蚀阶段。
　　EDS结果表明未腐蚀的铜表面上的元素为氧和铜（即氧化亚铜），点蚀表面上的元素为氧、碳、铜及硅（碱式碳酸铜及二氧化硅的混合物）;未腐蚀的黄铜表面上的元素为氧、锌和铜（即氧化亚铜及金属锌），点蚀表面上的元素为氧、碳、铜、铁、锌及硅（碱式碳酸铜、二氧化硅、氧化铁的混合物）发生被腐蚀的试片碳元素含量是降低的。
　　根据实验结果总结了针对黄铜扁管、黄铜镀锡扁管、T2铜片和T2铜管的复配缓蚀剂（硼砂、亚硝酸钠、硅酸钠和苯丙三氮唑）的最佳配比，为实际应用提供了一定的指导。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 铜及其合金腐蚀国内研究现状

1．2 铜及其合金腐蚀国外研究现状

1．3 本论文研究的内容及意义

2 铜及其合金的腐蚀机理及其缓蚀

2．1 铜材料

2．2 铜及其合金腐蚀

2．2．1 均匀腐蚀

2．2．2 点蚀

2．2．3 侵蚀

2．2．4 大气腐蚀

2．3 换热器腐蚀

2．4 TB／T1750-2006内然机专用冷却液

2．5 缓蚀剂

2．5．1 苯并三氮唑(BTA)

2．6 本章小结

3 铜及其合金腐蚀试验及数据处理

3．1 实验装置与实验试剂

3．1．1 实验装置

3．1．2 实验试剂

3．1．3 实验材料

3．2 实验方法

3．3 实验步骤与数据处理

3．3．1 实验步骤

3．3．2 数据处理

3．4 本章小结

4 实验结果与讨论

4．1 T2铜片的挂片实验

4．1．1 试验后T2铜片的挂片实验结果

4．1．2 试验后T2铜片的正交分析

4．2 T2铜管的挂片实验

4．2．1 试验后T2铜管的挂片实验结果

4．2．2 试验后T2铜管的正交分析

4．3 黄铜扁管的挂片实验

4．3．1 试验后黄铜扁管的挂片实验结果

4．3．2 试验后黄铜扁管的正交分析

4．4 黄铜镀锡扁管的挂片实验

4．4．1 试验后黄铜镀锡扁管的挂片实验结果

4．4．2 试验后黄铜镀锡扁管的正交分析

4．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献