空调蒸发器铜管腐蚀分析及预防

郑小郴 韩顺训 张 洋

（1.珠海格力电器股份有限公司 珠海 519060；2.格力电器（洛阳）有限公司 洛阳 471000）

引言

随着气候的变化及人民生活水平的提高，很多家庭都普遍安装有空调器，而空调的安装使用环境也变得越来越复杂，从居家卧室使用到商业店铺，办公作坊等等，复杂的安装使用环境也对空调的零部件质量提出了更加严格要求。根据行业信息反馈，在收到的投诉方面，冷媒泄露是最重要部分之一。这使得空调直接丧失了最本质的功能，直接影响客户使用，且维修难度较大，维修成本高；而腐蚀是一种不可避免的自然现象，因造成经济损失非常严重。因此，有效的降低和解决蒸发器管路腐蚀成为当务之急。

本文笔者通过对U管路腐蚀的故障件失效原理的检验及分析，结合自身开发经验及立足于基础研究进行的腐蚀控制技术的开发及应用。针对性的提出了预防和改进措施。对后续售后服务及开发研究人员在此类零部件的开发时起到一定的指导作用。

1 蒸发器铜管腐蚀泄漏失效分析

行业信息反馈东南亚市场某品牌空调器分体内机蒸发器出现冷媒泄漏问题，根据图1故障样件信息及泄漏部位形貌，可见各样件U管底部及边板均腐蚀生锈严重，U管表面腐蚀腐黑，局部可见铜绿。依据故障件复核分析情况初步判断为环境因素腐蚀导致。

图1 故障件外观图

1.1 微观分析

由于空调器从生产到安装使用，在世界各个地区的使用工况各不相同，面对各种极端恶劣条件。对于铜管泄露失效的原因存在许多种可能，但是普遍导致失效的三种原因有：外部环境腐蚀泄漏、外力破坏铜管泄漏、应力应变铜管泄漏。其不同原因造成的失效机理在微观分析的腐蚀纹也各不相同，见表1。

表1 典型失效机理对比

通过买回故障样机，取铜管腐蚀失效的故障件，在各样件标记泄漏点位置制样，在金相显微镜下观察，结果如图2所示，腐蚀由螺纹管外表面向内逐渐扩展，最终贯穿形成泄漏通道。均呈典型环境腐蚀痕迹。

图2 金相分析图

1.2 腐蚀机制分析

由于冷凝作用，U端表面会凝聚大量的水膜，停机后水膜仍能存在2～3 H，空气中的腐蚀介质SO2、H2S、CO2和NH3等均能溶于水膜成为强腐蚀介质，加速铜管的腐蚀，随着环境气氛相对湿度和温差变化这种作用更强。

初期的铜管表面清洁未吸附水分，在开机运行5 min左右后，铜管表面形成薄液膜。空气的灰尘、盐分及污染性体（SO2）等溶于薄液膜 ，使水pH降低，促进腐蚀。随着腐蚀产物积累，在铜管表面形成疏松的疏松的腐蚀产物层，由于毛细作用。疏松的腐蚀产物层极易吸收水分，延长铜管润湿时间，加强腐蚀作用。

通常空调器的排水管都接向下水道，下水道中也含有 H2S、NH3等对铜材有强腐蚀性的气体，空调器制冷的过程中，铜管冷凝产生凝露水，多数凝露水滴落后随水路排放，在该U管位置与角形架装配，且角形架端口对于U管呈包围形，U管凝露产生的凝露水排放困难，难以排干净及难蒸发，长期处于潮湿、带腐蚀性气体的环境中，导致铜管表面长期与水接触，导致 U管薄弱处发生腐蚀穿孔泄漏，见图3。

图3 铜管腐蚀过程示意图

而腐蚀形成的机理并不复杂，其化学反应也通常被认为是一种自催化反应，以与低级羧酸X的反应为例，其反应步骤如下：

其最后两步反应则是腐蚀问题的关键点，其过程将不间断的反复发生，直至铜管被腐蚀穿透；并且在蒸发器中，镀锌钢板被腐蚀后产生的铁锈水含有较强氧化性铁离子，另外，空气中含有的Cl、S等在潮湿的铜管表面上作用首先会破坏铜管表面的氧化膜，使铜管的耐腐蚀性很大程度的下降，更关键的是铜管可直接被氧化产生铜离子，进一步和上述反应中的羧酸根离子X产生反应生成羧酸铜，进而推动产生CuX的反应进行，加快了腐蚀反应的速度。

1.3 腐蚀产物来源分析

2018年以来，印度尼西亚地区各品牌厂家的空调也发生了不同程度的腐蚀情况反馈；通过安排技术人员实地调查，进一步发现近年来空气污染情况存在一定程度的变化；根据国际环保组织“绿色和平”发布的一份报告，显示，近10年来，印尼空气质量污染程度加剧，首都雅加达已成为“东南亚空气质量最差城市”。

Air Visual根据各个国家的官方发布的空气质量数据，统计了世界上3000多个城市年均空气质量，推出了一份《WORLD AIR QUALITY REPORT》；报告显示：其中全球有高达64 %的城市超过了世界卫生组织关于PM2.5的标准，而南亚99 %、东南亚95 %和东亚89 %的城市超标，整个东南亚只有4.5 %的城市年均PM2.5达标。同时我们发现，在空气最差的15座城市里，泰国包揽了其中10座，全球空气质量污染见图4。

图4 2020年-全球空气质量污染图

基于上述数据，印尼火山较多，首都雅加达空气污染严重；汽车尾气和火山气体SO2和H2S等气体，易溶于水后产生酸并与铜管发生反应。SO2和Cu之间会发生氧化反应，且SO2会通过酸化吸附水膜而使铜管表面的膜分解，并且在腐蚀物中形成硫酸物。

同期，我们收到反馈，东南亚不同地区的类似腐蚀案例增多。通过对客户提供的故障件，从U管表面刮取腐蚀物，送样做成分测试；测试结果显示包含硫元素，而正常铜表面不应含有硫元素，判断为使用环境中含有硫化物导致蒸发器腐蚀泄漏。

2 预防改进措施

结合多元分析，基于以上腐蚀机理，造成环境腐蚀破坏的主要原因在于空气中存在的腐蚀物质与铜管长期一起作用导致铜管腐蚀失效。那么如能阻断腐蚀气体与铜管的接触则能够很大程度上有效的降低腐蚀情况的产生。通过实验对蒸发器铜管的防腐蚀工艺进行严格的实验验证。

耐腐蚀方案验证情况：360 h（相当于正常使用腐蚀时长15年）中性盐雾试验，样铜管涂层无脱落、表面腐蚀等不良现象，防腐效果优良。

因此，我们评估对蒸发器端面增加防腐工艺，很大程度上能有效保护铜管，见图5。且从2019年开始对实验样品增加防腐工艺进行长期盐雾腐蚀实验，至今无产生及影响售后的腐蚀问题出现，证实该工艺能够有效防腐。对于后续机型的选用建议使用防腐蒸发器（U管处增加喷涂防腐），同步排查用户生活环境是否使用含有硫、氯元素的化学用品、厨房油烟排气是否与内机安装空间连通。安装过程中尽量避免将排水管口放置在下水道、厕所等环境附近；并且在存在高污染、高盐分、高浓度污染性气体（SO2）等特殊环境中的换热器建议铜管做防腐处理。

图5 铜管腐蚀环境中1年微观形貌图

3 总结

本次东南亚品牌冷媒泄露故障蒸发器组件，对其泄漏点位置进行金相分析，确定为由外往内的环境腐蚀；主要原因为空调使用环境恶劣，环境中含有腐蚀铜管的物质，蒸发器部件铜管无防腐蚀措施导致腐蚀泄漏。

当然除了以上问题点，也可能存在其他的原因导致冷媒的泄露随着空调行业发展，除了上述解决方案也可通过改变结构加快U管表面水分的蒸发速率等等，因此需要各类技术人员的不断深研优化，毕竟消费者使用的舒适性和产品安全是我们开发人员的第一责任。