腐蚀和防腐蚀

腐蚀类型 
  并非所有的腐蚀都是同类的或者都发生在相同的条件下。最常见的一种腐蚀是电偶腐蚀，这类腐蚀在其进行过程中会产生电流，类似于干电池组。 
  电偶腐蚀的发生需要三种必要物质：两个相互接触的异种金属，电势和电解液。在 HVACR行业中，这些三种物质是以铜管、铝制翅片（盘管）和盐水（在锚地或者沿海地区）的形式出现的。但这种腐蚀一般不会发生在蒸发器上，因为冷凝物（纯净水）不能导电。每种金属都有所谓的“电势”或“活动性”（指它与其它金属发生发应，或被置换的容易程度）。如果两块金属在电势场中相隔很远，则它们很容易互相反应，相反，如果它们靠的很近，就不会轻易反应。活动性参见表1。   

表1：常见金属的电势序列1 

阳极（最活泼）

镁

镁合金

锌

铝 1100

钙

铝 2017-T

碳钢

铸铁

含4－30% 铬的钢（AISI403－446）－A

含7－12%镍，17－25%铬的钢（AISI301－308）－A

12%镍，18%铬，3%钼 钢（AISI316－317）－A

铅锡焊料

铅

锡

镍-A

因科镣合金－A

铬镍铁合金

黄铜

铜

青铜

铜镍合金

蒙奈尔铜镍合金

镍－P

因科镣合金－P

不锈钢（所有的）－P

银

石墨

阴极

金

1. 改编自《材料科学与工程基础》，LH范.弗莱克著，第三版，Addison-Wesley出版社 
A：活泼的 P：惰性的

处在表1中顶部的金属（阳性）都很容易发生发应。在电偶腐蚀中，最活泼（阳性）的金属就是出现损失（被溶解）的那一个金属。也就是说，在铜管和铝制翅片盘管上，铝制翅片会出现损失。而且，活性金属的表面面积与惰性金属表面面积的比值越大，反应速度就越慢。反过来，如果这个比值很小，那么反应速度就会很快。这就是为什么不能在铜制盘管和铜管系统中间焊接一段碳钢管道的道理，也是为什么有涂层的阳极材料通常比无涂层的材料更快出现失效，因为涂层经常存在破损或针孔缺陷，这些地方将是电偶腐蚀开始的地方。越小的表面区域，比未经过涂层的材料腐蚀的越快，越早出现失效。如果一个阳极表面要涂层，那么涂层必须避免存在破损或针孔或其它的缺陷。  
  化学腐蚀发生在两种化合物或元素出现化学发应时。金属的氧化甚至是涂漆也是化学腐蚀。涂料的“粉化”实际上是它的氧化。另外常见的氧化的例子有：钢和铁的生锈，氨的化合物与铜之间的反应，酸和碳钢的反应（如何避免的问题在下面进行讨论）。当温度每升高10° F，化学反应的速度将提高一倍，因此，很容易理解为什么化学腐蚀在高温情形下会变的更具有破坏性。 
  应力腐蚀裂化（SCC）通常需要三个先决条件：（1）张应力——这可能是制造操作中的残余应力，或在设备正常工所状态下引入的应力。材料可能是铜或者铜合金、镍合金、不锈钢等。（2）腐蚀性物质——有很多种离子化合物可以成为腐蚀剂，但氯离子是最常见的，其它的有：亚硝酸盐、氨类物质、汞等。近来，由于专门的绝缘而导致的铜管应力腐蚀裂化就是一个例子，它受到了全国的关注。（3）温度——当温度高于140° F时，通常会出现SCC失效。要减小SCC，最好的方式就是消除引起SCC的各种化学物质。 
  有时候必须使用特定的材料（即使可以预期它们可能被腐蚀），在这种情况下，这些材料应该通过涂层将其与环境隔离。 
涂层的方法 电镀涂层  
  电镀涂层——盘管使用的最广泛的一种涂层方法，它是将装配好的盘管整个浸入涂料（基于水或溶剂）中进行涂层的一种方法。传统的液体涂层必须要“润湿”基底，以达到好的附着效果。电镀（“E”涂层）要求表面必须干净，这个清洁度要求需要在涂层之前进行多阶段的清洁。在电镀时，要使基底带电（阳极或阴极），而液体则使其带相反的电荷。然后冲洗基底，并烘烤固化涂层。E涂层有良好的附着性和抗腐蚀性，但是成本很高（因为原料和操作设备）。由于选用的树脂的类型（导热性不同）和涂层的厚度不同，盘管性能也不同，有的很难发现缺陷，有的则很明显。 
  环氧树脂是一种很好的浸渍涂料，环氧涂层（价位从适中到高价）具有优良的附着性和抗腐蚀性，但是通常比较脆弱。所以环氧树脂通常有两层，寿命比较短，它们同时又特别薄，环氧树脂会明显地降低盘管性能，因为这种涂层比较薄，而且导热性能比较低。 
  酚醛树脂涂层（价位从适中到高价）具有优良的附着性和耐化学腐蚀性（碱金属和氯化物除外），涂层厚度适中。酚醛树脂通常浓度较高，很难将其用于有翅片的盘管。赫尔斯特酚醛塑料就是一种酚醛树脂涂层。这种盘管性能略优于环氧树脂涂层。 
  搪瓷涂层是由其基础树脂的化学交联作用来固化的，固化通常由在高温或者潮湿的开始。搪瓷涂层在经过固化以后，不会再被原来的溶剂所溶解，它的价位比较适中，也具有好的（或者优良的）附着效果、抗风化和抗化学腐蚀性，具体能力取决于它的基础树脂（通常是聚酯的或者聚亚安酯的，中等的涂层厚度）。搪瓷涂层也会降低盘管的性能，但是优于环氧树脂涂层和酚醛树脂涂层，因为它的涂层厚度较小，传热性能比较高。 
  丙烯酸树脂和醇酸树脂具有好的抗腐蚀性，价位适中。丙烯酸树脂具有优良的抗风化特性、附着效果、抗腐蚀性和硬度；醇酸树脂具有良好的抗风化特性，成本低，使用方便，涂层很薄。烯酸树脂和醇酸树脂涂层在对盘管性能影响方面和搪瓷涂层相似。 
静电喷涂 
  和电镀涂层一样，要对基底充电（阳极或阴极），而涂料则使其带相反的电荷。涂层可以是液态的，也可以是粉末状的，但都是通过喷射使其附着在基层上的。静电喷涂很难在不规则的表面上均匀的喷涂，比如翅片之间。这就是“法拉第效应”，所以，在“法拉第效应”明显的情形下，不推荐使用静电喷涂。经过喷涂的基底接下来要进行烘烤，以固化涂层，和电镀涂层一样，静电喷涂需要多阶段的清洗过程，但是它具有优良的附着效果和抗腐蚀性。然而，它成本很高（原料和操作设备），而且不能在翅片内形成涂层。粉末涂层场合也需要一个干净、湿度可以控制的环境。静电喷涂可以选用酚醛树脂、搪瓷涂层、丙烯酸树脂和醇酸树脂作为基础涂层。 
转化涂层 
  转化涂层可以根据其抗腐蚀性进行分类。这种涂层是基底金属与其它材料发生化学发应而形成的，由于铝的风化而形成的天然的氧化铝就是一个例子，但是因为这个化学发应的时间太长，通常并不把它看作是一种转化涂层。另外一个例子：铝的阳极化，它也一样是在铝的表面形成一层氧化铝薄层。由于过程的原因，只有铝可以进行阳极化处理，因此，在盘管组装前，铝制的翅片一定要进行阳极化。 
镀锌和其它方法 
  碳钢镀锌是一种消耗的涂层——这种涂层是为了防止钢被腐蚀，而使其消耗一部分以进行涂层的一种方法。镀层量指定为G60、G90等，镀锌量用盎司/平方英尺来说明（包括薄金属片的两面）。使用的锌越多，其抗腐蚀性就越强。但是由于温度每升高10° F，化学反应的速度就增加一倍，而且各种条件也不尽一致，所以并非多镀一倍的锌就可以增强一倍的抗腐蚀性。 
原料 
  盘管结构中常用的金属有：铝、铜、铜镍合金、碳钢和不锈钢，每一种金属都必须满足其特定条件要求。 
  当电偶腐蚀条件满足时，因为铝是一种活泼金属，它和其它的金属（特别是铜或者铜镍合金）时会被腐蚀。同样，铝应该避免接触强碱性或者强酸性的环境，以防发生化学腐蚀。但是由于其天然生成的氧化物保护层，铝在 HVACR 行业应用很广，可以安全的用在与空气、水、弱酸和弱碱环境接触的场合，在干燥或者潮湿的环境中，如果不存在腐蚀性电解液时，它也可以和铜一起使用。 
  因为是惰性金属，当电偶腐蚀条件存在时，铜和铜镍合金一般也不会被腐蚀。然而，氨、胺、强酸、硫化物、潮湿的二氧化碳气体对铜来说具有很强的腐蚀性。而且，铜是一种软金属，容易遭受一些研磨剂的侵蚀，甚至速度高于6 ft./sec的水流也会对铜造成侵蚀。铜和铜镍合金可能会用于制冷剂、水、油中，只要其速度不超过破坏极限。铜也可以用在弱酸环境中。 
  碳钢可以和氨类物质正常使用，但是它必须避免与酸性环境和氯化物接触。 
  不锈钢通常被认为是一种抗腐蚀的金属，但是它很容易遭受应力腐蚀裂化，特别是在氯化物环境中，不锈钢通常分为三组：奥氏体（AISI 200和300 系列）；铁素体（AISI 400 系列）；马氏体（AISI400 系列）。 
  奥氏体不锈钢没有磁性，用于对抗腐蚀性和韧性要求高的情况下。铁素体合金有磁性，典型的用于抗腐蚀要求适中，而对韧性没有特殊要求的情况下，这种合金具有高的抗腐蚀性，因此也用在存在氯化物SCC的地方。 
  马氏体是 AISI 400 系列的，它也有磁性。它们不像奥氏体和铁素体那样具有高的抗腐蚀性，马氏体不锈钢用于对强度和硬度要求高，而且环境相对而言没有很高的腐蚀性的场合下，在含氧环境、SCC和氢脆 情况下，所有的不锈钢都容易遭到腐蚀。在腐蚀性强的环境中，可以使用超级不锈钢或奥氏体/铁素体二联不锈钢，这些合金中提高了铬、镍、钼的含量。例如，合金AL 29-4C可用于冷凝炉业，这是一个腐蚀性强，温度特别的高的环境。 
结论 
  表2显示了对各种金属必须避免的条件和环境的一个概括。

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