浅谈空调行业中铜铝换热器的腐蚀问题

摘要：概述了金属的化学腐蚀及电化学腐蚀机理；分析并实验验证了空调铜铝换热器的腐蚀原因，同时提出了空调铜铝换热器的防腐蚀注意事项。

0·引言
随着国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，对空调系统及其相关设备需求量不断增加。由于空调的换热元件需要消耗大量的铜材，而近年来铜材价格不断攀升，给很多企业带来很高的成本压力。空调企业为降低成本、提升产品竞争力，联合学术界想尽各种办法减少铜材的消耗，因而在市场上出现了铜铝复合管[1]、全铝冷凝器、全铝蒸发器以及全铝表冷器。由于铝换热性能优良，无论是从重量还是价格方面考虑，都适宜作为铜材的替代品，但是铝的大量使用是否会造成腐蚀问题需做深入的研究。纯铝在空气中能够快速反应而形成致密的氧化膜，从而保护铝不被进一步氧化腐蚀。但在特定的环境中，氧化膜会被穿透，最终引起小孔腐蚀或其它类型的腐蚀[2]。另一方面，由于铝的活性很强、电位很低，而铜的氧化较差、电位较高，当与铜混合使用时存在电化学腐蚀的风险。铝腐蚀的危害主要表现在以下几个方面：1）铝材的腐蚀泄漏；2）腐蚀产物附着于换热表面引起污垢热阻；3）腐蚀产物脱落引起管路堵塞和流道变窄，造成泵的功耗增加和运动部件的磨损。但在空调领域铜铝换热器中铝翅片的电化学腐蚀、铜铝复合管的腐蚀问题学术界和企业界做的研究并不多。
1·铜铝换热器腐蚀机理
关于铝的腐蚀，早在1912年，人们就发现氯离子等卤素离子对促进铝和合金的腐蚀具有独特的作用，而其它阴离子也导致铝和合金的点蚀现象[3]。研究还同时指出有机或无机阴离子和金属表面形成络合物离子是铝合金发生局部腐蚀的主要原因，并证明了铝的氟化物络离子的生成加速了铝在含氟离子溶液中的腐蚀[4]。
大气的相对湿度对铝大气腐蚀速度有相当大的影响。一般而言，当相对湿度≤65%时，铝在大气中主要位于钝化区，不易发生大气腐蚀，因为在铝的表面生成了一层很薄的氧化膜，从而阻碍了活性铝表面和周围的介质的接触；当相对湿度>65%时铝表面会附着一层0.001～0.01μm的水膜，并出现明显的大气腐蚀。空气的相对湿度越大，金属表面的水膜越厚。铝及合金的大气腐蚀实质就是它们水膜下面的电化学腐蚀。此外，大气中的酸性污染物如CO2、SO2、NO2等溶入水发生水解，使铝表面呈酸性，加速腐蚀。
从材料特性上看，铜与铝之间存在很大的电位差，铜对氢的电极电位为+0.34V，铝对氢的电极电位为-1.66V，铜铝间的电极电位差为2V，相当于一节干电池电压的1.3倍。在有电解质存在的条件下，铜铝间就会发生放电反应，产生电化学腐蚀：铝不断丢失电子而变成铝离子，再氧化变成三氧化二铝（Al2O）3，该腐蚀层随着电化学腐蚀时间的增加而逐渐变厚。
2·铜铝腐蚀试验
在空调领域，为了验证铝箔在不同场合下的腐蚀情况，做了几个腐蚀试验：1）铝单独在空气中或在水中；2）铜铝一起在空气中；3）铜铝一起在纯净水中；4）铜铝一起在矿泉水中；5）铜铝一起在自来水中。由试验结果发现以下现象：
（1）铝单独在空气或水中均不会发生明显的腐蚀现象；
（2）铜和铝在纯净的水中，也不会发生腐蚀；
（3）铜和铝在矿泉水中，会发生电化学腐蚀，但是速度比较慢；
（4）在自来水中，无论是普通铝箔还是亲水铝箔，均会发生明显的腐蚀，且速度比较快。如图1所示，图中的普通铝箔及亲水铝箔均发生了电化学腐蚀，但普通铝箔的腐蚀比较严重。

分析原因，铝在空气中，由于本身的特性，不会发生化学反应，且不具备发生电化学反应的条件，因此不会出现腐蚀现象；铜和铝共同存在于纯净水中时，由于纯净水中不含杂质，也无法形成电化学腐蚀；在矿泉水中由于存在着电解质，为电化学腐蚀提供了条件，因此会发生腐蚀；