在太陽能熱水器中，貯熱水箱是一個十分重要的部件。太陽能熱水器貯熱水箱存在的一個突出問題是腐蝕問題，其所造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失是不可估量的。

　　局部腐蝕是太陽能熱水器貯熱水箱產(chǎn)生腐蝕的重要方面，包括縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。本文主要針對這4類腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理及其相應(yīng)的防腐措施加以闡述，以防腐蝕的發(fā)生并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

　　1、縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕與其應(yīng)對措施

　　存在狹縫的鋼制太陽能熱水器貯熱水箱會導(dǎo)致縫隙腐蝕，其發(fā)生的腐蝕機(jī)理與孔蝕類似?？p隙內(nèi)是缺氧區(qū)，成為陽極，其后產(chǎn)生自催化加速作用。一方面，縫內(nèi)外構(gòu)成氧濃度差電池，導(dǎo)致陰陽極反應(yīng)的金屬氯化物水解，縫內(nèi)酸性升高；另一方面，封口處Fe2+與其在陰極上產(chǎn)生的OH-結(jié)合成Fe（OH）2,進(jìn)而氧化成Fe（OH）3沉積堵塞在縫口，發(fā)展為閉塞電池，導(dǎo)致腐蝕加劇。由于縫隙腐蝕的臨界電位比點(diǎn)蝕還低，當(dāng)有窄縫時，縫隙腐蝕更易發(fā)生。尤其是304不銹鋼對氯離子較敏感，濃度愈大，點(diǎn)蝕臨界電位愈低，就愈易發(fā)生點(diǎn)蝕。不銹鋼表面被水垢或鐵銹所玷污，也易引起點(diǎn)蝕。為防止縫隙腐蝕，在設(shè)計(jì)上朝水面一側(cè)避免存在縫隙，焊接接頭以對接代替搭接；在不銹鋼中添加Cr、Mo元素（避免混入硫元素）提高材質(zhì)的電極電位，采用抗點(diǎn)蝕性能好的Mo奧氏體不銹鋼（如316不銹鋼）或含Mo的高純鐵素體不銹鋼（如用YUS190鋼代替304不銹鋼鋼）制作水箱。

　　另一可行措施是拓寬縫隙，以利于對流；用塑料接頭材料或彈性密封材料、橡膠材料等填塞縫隙。此外，用油性的防銹涂料取代縫隙中的水分和電解質(zhì)以防腐蝕。焊縫應(yīng)光滑飽滿，無縫隙，盡可能避免出現(xiàn)銳角形角隅。在沖壓、焊接有殘余應(yīng)力時縫隙腐蝕會更嚴(yán)重，可采用陰極保護(hù)防腐技術(shù)。

　　用鋁作保護(hù)陽極，焊接時被擠出的鋁把焊縫封死，更好地保護(hù)了縫內(nèi)金屬。但在水箱中使用的不銹鋼板有離子化傾向會引起腐蝕，此時應(yīng)在兩片SUS304不銹鋼板中夾入一塊諸如鋁、鎂之類的金屬，后把這兩片不銹鋼焊接，就能明顯減少不銹鋼在日光照射下的離子化傾向，防止腐蝕。此外，利用無定性合金涂覆也可防陽光腐蝕。但采用犧牲陽極的方法有不少問題，不僅使操作變得困難，且使焊接最佳范圍變窄，使?fàn)奚枠O溶出的地方產(chǎn)生腐蝕。

　　2、晶間腐蝕與其應(yīng)對措施

　　經(jīng)焊接的不銹鋼，在熔合區(qū)和過熱區(qū)有Fe4C、Cr4C析出，使靠近晶粒邊界的狹窄區(qū)帶的鉻含量貧化，導(dǎo)致不銹鋼失去“不銹鋼特征”,發(fā)生晶間腐蝕。晶間腐蝕嚴(yán)重時，受拉伸應(yīng)力時會出現(xiàn)晶間裂紋或斷裂。

　　采用超低碳（含碳量最好小于0.03%）的不銹鋼或加入穩(wěn)定性元素（Ti或Nb）能將出現(xiàn)敏化的危險(xiǎn)降到最低限度，但并不能保證不出現(xiàn)敏化。TiC或NbC是更穩(wěn)定的碳化物，比含鉻碳化物更難成核。另外，在550~850℃范圍內(nèi)盡可能使時間最短；亦可做固溶處理：即為把所形成的碳化鉻溶解，將材料加熱至1050℃左右，隨之急驟冷卻，使新的碳化鉻來不及生成。

　　3、應(yīng)力腐蝕與其應(yīng)對措施

　　在焊接中對板材進(jìn)行局部不均勻加熱會產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。焊后，不銹鋼內(nèi)膽兩端蓋邊緣處斷面復(fù)雜，所受拉應(yīng)力較大，是較容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕的部位。分析得出奧氏體不銹鋼材料在水環(huán)境中發(fā)生應(yīng)力腐蝕所滿足的必要條件：1.該材料對應(yīng)力腐蝕開裂有敏感性；2.經(jīng)焊接及冷加工后存在于材料內(nèi)部的殘余拉伸應(yīng)力作用；3.含氯離子的溫水及高溫水等腐蝕介質(zhì)環(huán)境。只要上述條件同時具備就會發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

　　為此，可改善腐蝕介質(zhì)（溶氧濃度、氯離子和水溫）中的環(huán)境，增加水中溶解的氧濃度，使發(fā)生應(yīng)力腐蝕所必須的氯離子濃度明顯降低；提高溫度也使臨界的氧、氯離子濃度相應(yīng)下降。若采用氬氣保護(hù)焊工藝，造成的晶間腐蝕要比應(yīng)力腐蝕小得多。只要消除產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕3個條件中的任何一個，就不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

　　4、正確選用耐腐蝕材料和各種保護(hù)涂層

　　太陽能熱水器貯熱水箱，基本上可以使用聚酯樹脂作為；而制冷熱源用的蓄熱槽則必須用環(huán)氧系或其他耐熱性樹脂。貯熱水箱若是敞開式，則可用玻璃鋼等合成樹脂來制作。當(dāng)要求水箱在較高的溫度（80~100℃）下，能確保水的質(zhì)量時，水箱內(nèi)膽材料要求在100℃不得釋放有害物質(zhì)或影響水質(zhì)準(zhǔn)，要求水質(zhì)無鐵銹、異味或其他有礙人體健康的物質(zhì)。這時水箱內(nèi)膽常用鍍Zn鋼或?qū)︿摪暹M(jìn)行內(nèi)防腐處理。采用無毒塑料或玻璃材料，還可采用具有良好抗?jié)B性和耐溫性能的酚醛乙烯基酯樹脂玻璃鱗片涂料，其壽命要比環(huán)氧防腐玻璃鋼內(nèi)襯大一倍甚至數(shù)倍。

　　5、犧牲陽極法與防銹涂料

　　聯(lián)合使用對于鋼板制的太陽能熱水器貯熱水箱，可以采用玻璃鋼襯里。因玻璃鋼不能替代金屬腐蝕，若襯里多少有點(diǎn)毛病，就會造成點(diǎn)蝕，應(yīng)同時采用低電位鎂陽極棒以防電化腐蝕，但無阻垢功能，此為犧牲陽極法。因鎂電極較貴，當(dāng)水箱體積較大時，電極的個數(shù)增加，成本較高，經(jīng)濟(jì)上不合算。為此，要配合有良好附著力、耐水性和耐堿性防銹涂料（如環(huán)氧涂料、環(huán)氧瀝青涂料或氯化橡膠涂料等），既能減少電極個數(shù)，又能使電流均勻分布。但若水箱中的水要供食用，此涂料應(yīng)無毒。

　　若水箱很大，可采用經(jīng)濟(jì)合算的外加電源法。但須注意，不要因過防蝕作用而損壞漆膜，故常用定電位的自動控制整流器，使水箱內(nèi)壁電位保持恒定。設(shè)計(jì)太陽能熱水器貯熱水箱，可采用球面形封頭，用塑料制成，不生銹，提高水箱強(qiáng)度；為防止連接處疲勞損壞而漏水可安裝連接嘴；水箱的手孔可使球閥提高浮位，從而充分利用水箱容積；還可將水箱設(shè)計(jì)成聚氨酯硬泡沫復(fù)合結(jié)構(gòu)，或殼體為兩加強(qiáng)板之間有聚氨酯硬泡沫層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其保溫效果好、耐蝕、耐用、強(qiáng)度高、成本低、壽命長且節(jié)能。

　　6、總結(jié)

　　我們應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境正確選擇材質(zhì)，了解水箱腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理和防腐技術(shù)，采用先進(jìn)的科研成果和產(chǎn)品對水箱進(jìn)行防腐涂裝，并進(jìn)行耐水、耐熱、耐溫變等試驗(yàn)和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)分析，杜絕上述各類腐蝕的發(fā)生，延長水箱的使用壽命。

　　概括來說，可采用如下措施防止水箱腐蝕：1.正確地進(jìn)行水箱的結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì)；2.根據(jù)使用環(huán)境正確選用耐蝕材料；3.盡可能改善腐蝕環(huán)境；4.采用電化學(xué)保護(hù)法；5.在材料上涂覆保護(hù)涂層。此外，若使腐蝕的實(shí)際監(jiān)控檢測手段不斷科學(xué)化，將能更有效地控制水箱腐蝕。

責(zé)任編輯：張春穎

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子月刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：郭靜 電話：010-82387968-802
QQ: 815397784 郵箱：guojing733@163.com