太陽能熱水器水箱常見腐蝕失效狀況

太陽能熱水器在中國發(fā)展已經(jīng)有二十幾年的時間，技術(shù)上也漸趨完善。家用太陽能主流產(chǎn)品是帶有承壓儲水水箱的靜態(tài)加熱式太陽能熱水器。水箱是太陽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)膽的好壞直接影響太陽能熱水器的壽命、安全性和可靠性。目前市場上常見的水箱內(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發(fā)生的失效情況。  1常見局部腐蝕  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，但是在太陽能熱水器水箱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)。  不銹鋼水箱是利用不銹鋼不容易生銹腐蝕的原理來保障內(nèi)膽的使用壽命，由于其加工設(shè)備投資小，加工工序少，工藝相對簡單，在非承壓的水箱上應(yīng)用較多，在承壓水箱上的應(yīng)用卻出現(xiàn)過很多問題。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)用在太陽能水箱上，其最主要的問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，會產(chǎn)生高溫，焊縫溫度經(jīng)過敏化溫度區(qū)間時，會析出碳化物，在晶界上形成(Fe.Cr)23C6。而碳化物的析出會導(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)水箱承受自來水壓力和水箱中冷水被加熱后附加的膨脹壓力時，又會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力的存在同時會加劇晶間腐蝕，從而加速焊接區(qū)域的破壞，水箱使用2~3年后會出現(xiàn)一定比例的焊接區(qū)域的漏水問題。  搪瓷水箱和搪塑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)別在于搪塑水箱采用塑料作為隔斷材料，目前市場上使用的較少在這里不做探討。而搪瓷水箱是將無機(jī)玻璃質(zhì)材料通過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。水箱上另外一個常見的腐蝕是孔蝕。這種腐蝕往往并非在焊接區(qū)域。一般直徑只有數(shù)微米，這種腐蝕的另一個顯著特征是孔口多數(shù)有腐蝕產(chǎn)物覆蓋。熱水器水箱上產(chǎn)生孔蝕的最主要的元兇是氯離子，孔蝕的過程中并不消耗氯離子，因而氯離子對孔蝕主要起誘導(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水中，即使使用無縫不銹鋼，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，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太陽能水箱防腐蝕方法  抑制腐蝕的常用方法主要有：1)使用更耐腐蝕的材料、增加材料的厚度或者提高焊接工藝；2）避免腐蝕環(huán)境如降低水中氯離子含量，減少水溶氧含量；3）涂覆防腐涂層和采用犧牲陽極或外加電流相結(jié)合的陰極保護(hù)法；4）采用陽極氧化等增加防腐氧化膜的陽極保護(hù)法；5）增加陽極性、陰極性和混合性的緩蝕劑保護(hù)法等。具體針對不銹鋼水箱的腐蝕問題，常見解決有：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題，但不能從機(jī)理上避免水箱腐蝕；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。所以現(xiàn)在還未找到一個非常行之有效的減少不銹鋼水箱腐蝕的方法。  而搪瓷水箱除了本身非常耐蝕的無機(jī)涂層保證外，還采用犧牲陽極或外加電流相結(jié)合的陰極保護(hù)法，通過簡單工藝在內(nèi)膽上裝配上犧牲陽極即俗稱的陽極棒，即可延長搪瓷水箱的壽命，并且陽極棒易與更換，在合適的時間更換陽極棒可從根本上解決水箱腐蝕問題。而相同的陽極棒解決方案裝配在不銹鋼水箱上，陽極棒會因需要保護(hù)不銹鋼面積很大，而造成消耗非?？欤源朔桨覆贿m用不銹鋼水箱。  3結(jié)束語  綜上所述，搪瓷水箱應(yīng)用在太陽能熱水器的承壓水箱上具有明顯優(yōu)勢，具有優(yōu)異的抗腐蝕性能?？纱蟠筇岣咛柲軣崴鬟\(yùn)行的安全性、可靠性，充分保證太陽能熱水器的壽命。但搪瓷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)異性能的長壽命的太陽能熱水器水箱。