家用电水壶失效分析

李沅骏 向雄志

LI Yuanjun XIANG Xiongzhi

深圳大学材料学院 深圳 518060

Shenzhen Key Laboratory of Polymer Science and Technology, Guangdong Research Center for Interfacial Engineering of Functional Materials, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University Shenzhen 518060

1 引言

电水壶具有使用方便、加热迅速、自动断电、外形美观等优点[1]。随着生活节奏的加快，电水壶的市场增长迅速[2-4]。数据显示，全球每年电水壶的销售量约为1亿只，其中欧美市场和中国市场的总和已占七成。当下很多家庭以及酒店房间都配备有电水壶，通过电加热可以高效方便的烧开水，但这也对电水壶的可靠性提出了较高的要求。本文针对一个使用一年后就发生漏水的某品牌电水壶进行了失效分析。

2 工况分析

该电水壶壶嘴与壶身材料为SUS304不锈钢，壶嘴与壶身之间的连接工艺为目前广泛采用的电阻点焊定位加硅胶封闭，不锈钢壶身有塑料外壳包裹，如图1所示。电水壶在使用一年多以后多次发生短路跳闸事故，在破除表层塑料外壳后发现壶嘴与壶身之间有多处漏水，如图2(a)、2(b)所示。同时壶嘴底部漏出的水已经沿着壶身流到底部，接触到壶底的电阻丝，底部的电阻丝已经发生了明显的锈蚀，如图2(c)所示。正是由于壶嘴处的渗漏导致短路，使得该水壶在烧水过程中跳闸。同时值得注意的是，如果该水壶绝缘不好，不排除有用户使用时触电的可能性。据用户反映，该水壶使用之初并没有发生类似事故，平均每天使用2～3次，大约使用1年7个月后开始出现跳闸现象。该水壶从开始使用到漏水, 累计运行次数大约为1200次，远低于GB/T 22089-2008《电水壶性能要求及试验方法》中3000个工作周期的使用要求。

3 壶嘴结构分析

3.1 截面宏观形貌分析

将失效区域的侧截面与未失效区域的侧截面放在电子显微镜下观察，漏水处的宏观照片如图3(a)所示，可知壶嘴、壶身本身没有宏观裂纹的产生，无点蚀、缝隙腐蚀痕迹。漏水区域位于壶嘴与壶身的连接处，整体开裂剥离。未失效区域的宏观照片如图3(b)所示，壶嘴与壶身之间硅胶结合紧密，无开裂现象。

3.2 表面微观形貌分析

将漏水处样品剥开，利用扫描电镜对内表面进行分析，可观察到内表面上呈现明暗交界明显、硅胶分布不均匀的现象，如图4所示。左侧脱胶处的基体表面平滑整齐，无腐蚀痕迹，可排除基体发生腐蚀而引发穿孔的可能性。

图1电水壶外观

图2电水壶漏水图

利用EDS能谱对失效区域进行线扫描分析，结果如图5所示，左侧条絮状区域的硅元素含量显著高于右侧区域，右侧区域的硅元素含量几乎为零。线扫描结果进一步验证了失效区域存在硅胶分布不均匀现象。

图3壶嘴截面形貌（a:失效区域 b:未失效区域）

4 分析与讨论

从分析测试结果来看，电水壶失效方式为壶嘴与壶身之间的连接失效，通过对比未失效区域可知，失效原因为硅胶脱胶导致漏水。

在电水壶使用之初，由于壶嘴与壶身结合较为紧密且尚有一定量的硅胶存在，不容易漏水。而在使用过程中，由于不断的热胀冷缩过程，使得部分硅胶填充不足的区域中，壶嘴与壶身之间的缝隙越来越大，从而导致明显的漏水。此外，硅胶作为一种易水解橡胶，对湿热因素的影响比较敏感，湿度环境下会使硅胶膨胀，还会使含酯、醚等基团的链发生水解反应。壶嘴底部极为容易积水，湿度环境下，会使硅胶试样膨胀，还会使含酯、醚等基团的链发生水解反应。在湿热因素作用下硅胶易发生老化变质[5-6]。所以尽管水壶使用初期无漏水现象，但水的渗入对硅胶的失效具有明显的加速作用。水壶在使用过程中每次倒水时必然有部分水存留，这些水沿着缝隙留下，在壶身上没有任何引流设计，壶身以下的加热电路部分也没有任何保护设计，极易发生短路。

图4内表面硅胶分布不均

图5 Si元素含量线谱图

5 建议与改进

电水壶是常用的家用电器，一旦发生漏水，水接触到壶底的电阻丝，会造成漏电危险，甚至可致消费者触电身亡。因此，为杜绝此类现象发生，建议从以下因素着手改进：

（1）装配时应规范操作，保证硅胶填充密实，杜绝渗水现象的发生。

（2）壶底加引流防护装置，防止漏出的水接触到电阻丝，从而保护消费者的人身安全。