0 概述
太陽(yáng)能熱水器在中國(guó)發(fā)展已經(jīng)有二十幾年的時(shí)間,技術(shù)上也漸趨完善。家用太陽(yáng)能主流產(chǎn)品是帶有承儲(chǔ)水水箱的靜態(tài)加熱式太陽(yáng)能熱水器。水箱是太陽(yáng)能熱水器的核心部件之一,其內(nèi)膽技術(shù)是熱水器的關(guān)鍵技術(shù),內(nèi)膽質(zhì)量的好壞直接影響太陽(yáng)能熱水器的壽命、安全性和可靠性。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的水箱內(nèi)膽類型主要有搪瓷內(nèi)膽,搪塑內(nèi)膽和不銹鋼內(nèi)膽。調(diào)查顯示,水箱內(nèi)膽腐蝕失效主要是局部腐蝕失效,具體有晶間腐蝕,應(yīng)力腐蝕和孔蝕三種類型,也有這幾種腐蝕類型同時(shí)發(fā)生的失效情況。
1 常見(jiàn)局部腐蝕
1.1晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕本屬于兩種不同的腐蝕類型,但是在太陽(yáng)能熱水器水箱內(nèi)膽上都和金屬晶粒組織有著密切的聯(lián)系,兩種腐蝕失效經(jīng)常同時(shí)發(fā)生,因此放在一起陳述。晶間腐蝕是腐蝕沿著晶粒邊界或它的鄰近區(qū)域發(fā)展的一種腐蝕形式。而應(yīng)力腐蝕指的是材料在介質(zhì)和力的共同作用下引起的失效或者機(jī)械性能變化。晶間腐蝕往往是應(yīng)力腐蝕的先導(dǎo)。
不銹鋼內(nèi)膽水箱是利用不銹鋼不容易生銹腐蝕的原理來(lái)保障內(nèi)膽的使用壽命,由于其加工設(shè)備投資小,加工工序少,工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,在非承的水箱上應(yīng)用較多,在承壓水箱上的應(yīng)用卻出現(xiàn)過(guò)很多問(wèn)題。不銹鋼的不銹,一般意義上指的是其抗均勻腐蝕的能力,應(yīng)用在太陽(yáng)能水箱上,其最主要的問(wèn)題焊接后焊接及其熱影響區(qū)的金相組織發(fā)生變化,承壓場(chǎng)合的應(yīng)用容易出現(xiàn)晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。如圖1所示,不銹鋼在焊接后,會(huì)產(chǎn)生高溫,焊縫溫度經(jīng)過(guò)敏化溫度區(qū)間時(shí),會(huì)析出碳化物,在晶界上形成(Fe·Cr)23C6。而碳化物的析出會(huì)導(dǎo)致不銹鋼焊接區(qū)域元素分布不均勻,再加上焊接區(qū)經(jīng)過(guò)高溫熔化,金相組織發(fā)生變化,晶粒變得粗大,在某些環(huán)境中產(chǎn)生晶間腐蝕(焊接侵蝕)。另外,當(dāng)水箱內(nèi)膽承受自來(lái)水力和水箱內(nèi)膽中冷水被加熱后附加的膨脹壓力時(shí),又會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,應(yīng)力的存在同時(shí)會(huì)加劇晶間腐蝕,從而加速焊接區(qū)域的破壞,水箱內(nèi)膽使用2~3年后會(huì)出現(xiàn)一定比例的焊接區(qū)域的漏水問(wèn)題。
搪瓷內(nèi)膽水箱和搪塑內(nèi)膽水箱的防腐蝕原理都是在金屬和水之間涂覆一層不導(dǎo)電的材料,以隔斷水和金屬的化學(xué)反應(yīng)。其區(qū)別在于搪塑內(nèi)膽水箱采用塑料作為隔斷材料,目前市場(chǎng)上使 用的較少在這里不做探討。而搪瓷內(nèi)膽水箱是將無(wú)機(jī)玻璃質(zhì)材料通過(guò)熔融凝于基體金屬上并與金屬牢固結(jié)合在一起的一種產(chǎn)品,工藝相對(duì)復(fù)雜。由于搪瓷起到隔絕水的作用,搪瓷配料和工藝做的好則可避免晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的破壞。而搪瓷如何能 和基材精密結(jié)合,防止出現(xiàn)鱗爆、剝瓷、銅頭、針孔等缺陷,和搪瓷材料配方好壞以及工藝水平有很大關(guān)系。
1.2孔蝕
孔蝕是指在金屬的表面出現(xiàn)向材料深處發(fā)展的腐蝕小孔,其余區(qū)域不腐蝕或者腐蝕輕微,孔蝕也稱為小孔腐蝕、點(diǎn)蝕等。水箱內(nèi)膽上另外一個(gè)常見(jiàn)的腐蝕是孔蝕。這種腐蝕往往并非在焊接區(qū)域。一般直徑只有數(shù)微米,這種腐蝕的另一個(gè)顯著特征是孔口多數(shù)有腐蝕產(chǎn)物覆蓋。熱水器水箱內(nèi)膽上產(chǎn)生孔蝕的最主要的元兇是氯離子,孔蝕的過(guò)程中并不消耗氯離子,因而氯離子對(duì)孔蝕主要起誘導(dǎo)作用,其機(jī)理是氯離子能優(yōu)先地吸附在鈍化膜上,把氧原子排擠掉,然后和鈍化膜中的陽(yáng)離子形成可溶性氯化物,從而破壞金屬的自鈍化能力。在使用次氯酸消毒的自來(lái)水中,即使使用無(wú)縫不銹鋼,也難以完全避免孔蝕的破壞。有
研究表明在金屬表面有傷痕,內(nèi)部有硫化物夾雜,晶界上有碳化物沉積時(shí),這些特定部位更容易形成孔蝕。圖2是不銹鋼在充氣NaCl溶液中孔蝕的示意圖。
2太陽(yáng)能水箱防腐蝕方法
2.1抑制腐蝕的常用方法
使用更耐腐蝕的材料、增加材料的厚度或者提高焊接工藝;避免腐蝕環(huán)境如降低水中氯離子含量,減少水溶含量;涂覆防腐涂層和采用犧牲陽(yáng)極或外加電流相結(jié)合的陰極保護(hù)法;采用陽(yáng)極氧化等增加防腐氧化膜的陽(yáng)極保護(hù)法;增加陽(yáng)極性、陰極性和混合性的緩蝕劑保護(hù)法等。
2.2解決不銹鋼水箱內(nèi)膽腐蝕問(wèn)題常見(jiàn)方法
1.更換不銹鋼材質(zhì),使用更耐蝕的不銹鋼如316L不銹鋼和增加不銹鋼的厚度,此措施會(huì)使廠家成本大幅度提高;
2.嚴(yán)格控制保證焊接工藝和使用更好的焊接工藝,此措施雖可減小腐蝕問(wèn)題,但不能從機(jī)理上避免水箱內(nèi)膽腐蝕;
3.避免在水質(zhì)較差地區(qū)銷售,此措施需犧牲很大的市場(chǎng)。所以現(xiàn)在還未找到一個(gè)非常行之有效的減少不銹鋼水箱內(nèi)膽腐蝕的方法。而搪瓷內(nèi)膽水箱除了本身非常耐蝕的無(wú)機(jī)涂層保證外,還采用犧牲陽(yáng)極或外加電流相結(jié)合的陰極保護(hù)法,通過(guò)簡(jiǎn)單工藝在內(nèi)膽上裝配上犧牲陽(yáng)極即俗稱的陽(yáng)極棒,即可延長(zhǎng)搪瓷內(nèi)膽水箱的壽命,并且陽(yáng)極棒易與更換,在合適的時(shí)間更換陽(yáng)極棒可從根本上解決水箱內(nèi)膽腐蝕問(wèn)題。而相同的陽(yáng)極棒解決方案裝 而造成消耗非???,所以此方案不適用不銹鋼內(nèi)膽水箱。
3 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,搪瓷內(nèi)膽水箱應(yīng)用在太陽(yáng)能熱水器的承壓水箱上具有明顯優(yōu)勢(shì),具有優(yōu)異的抗腐蝕性能??纱蟠筇岣咛?yáng)能熱水器運(yùn)行的安全性、可靠性,充分保證太陽(yáng)能熱水器的壽命。但搪瓷內(nèi)膽水箱由于搪瓷粉原材料成分配比要求嚴(yán)格,搪瓷內(nèi)膽工藝復(fù)雜,對(duì)熱水器制造廠家的專業(yè)度要求更高,需要廠家投入更多的資源才能做出優(yōu)異性能的長(zhǎng)壽命的太陽(yáng)能熱水器水箱。
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