謝 添 郭學(xué)慶 江 浪

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

磁性螺堵屬于機車齒輪箱上廣泛運用的一種關(guān)鍵配件，其作用是吸附齒輪箱在運行過程中產(chǎn)生的一些鐵質(zhì)磨屑，保持潤滑油的清潔度，從而保證齒輪傳動系統(tǒng)的正常溫升和運用可靠性。

中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司是國內(nèi)齒輪傳動系統(tǒng)的權(quán)威制造商，生產(chǎn)的各型齒輪箱已廣泛運用在高鐵、機車以及城軌領(lǐng)域。在某型機車鋁合金齒輪箱的制造過程中，檢查發(fā)現(xiàn)磁性螺堵經(jīng)常出現(xiàn)鍍鋅層脫落的情況，其中部分磁性螺堵鍍鋅層表層有明顯脫落(見圖1)。如若放任此問題件流轉(zhuǎn)，后續(xù)將會污染齒輪箱油的純凈度，如出現(xiàn)大面積剝落，則會對車輛運行產(chǎn)生嚴重影響，所以需對磁性螺栓及時更換，由此對物料使用和供給造成了不良影響，為排查真正原因，針對此情況進行了相關(guān)調(diào)查及驗證。

圖1 出現(xiàn)鍍鋅層脫落問題的磁性螺堵

1 現(xiàn)場情況調(diào)查

針對齒輪箱磁性螺栓的組裝工藝進行了調(diào)查，其生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場齒輪箱磁性螺栓組裝流程

根據(jù)現(xiàn)場操作人員反饋介紹，在進行磁性螺栓的組裝前，會對其表面狀態(tài)進行確認，故組裝前的磁性螺栓表面狀況均完好，無鍍鋅層脫落。在油漆過后，外觀確認環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)鍍鋅層脫落。由此確認磁性螺堵鍍鋅脫落出現(xiàn)在油漆環(huán)節(jié)。

結(jié)合磁性螺堵做中性鹽霧試驗(NSS試驗)時的條件，采用5%的氯化鈉鹽水溶液，溶液PH值范圍為6.5～7.2，試驗溫度范圍為(35±2) ℃，沉降量為(1.5±0.5) mL/80 (cm2·h)。加速鍍鋅層腐蝕需要溫度和PH值兩個條件。

對油漆工藝做進一步調(diào)查，油漆的具體工藝流程如下：清洗處理→表面檢查→防護→噴砂處理/打磨處理→除塵→表面清潔度的目視檢查→二次除塵→表面灰塵等級評估→刷涂和噴涂底層涂料→流平→烘干→防護檢查→打磨→除塵→刷涂和噴涂面層涂料→流平→烘干→后處理→檢驗。

在油漆工序時，通常會采用烘干的方式，加速油漆干燥，加熱溫度通常高于35 ℃，溫度可以滿足加速腐蝕的條件，現(xiàn)需要查找另外影響環(huán)境酸堿性的因素。

對磁性螺栓的安裝工藝流程進行排查跟蹤，發(fā)現(xiàn)由于該磁性螺栓安裝于齒輪箱的底部(見圖3)，該部位齒輪箱內(nèi)部較難清理，懷疑齒輪箱在經(jīng)過清洗工序后，箱體內(nèi)部可能仍殘留有少量清洗溶液，安裝磁性螺栓位置為齒輪箱內(nèi)最低點，殘留液體會在此處聚集(見圖4)，溶液直接接觸到磁性油栓端部或者磁鋼端部。由于清洗液為弱堿性物質(zhì)，如果接觸到鍍層，可能會對鍍層造成腐蝕，引起脫落，為此對現(xiàn)場用清洗溶液進行取樣和模擬試驗。

圖3 組裝磁性螺堵的位置

圖4 安裝磁性螺堵的齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 驗證試驗

為排查驗證磁性螺堵本身鍍鋅性能，對本批磁性螺堵隨機抽樣進行鹽霧試驗，根據(jù)GB/T 10125——2012《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》中性鹽霧試驗，樣件經(jīng)300 h鹽霧試驗后表面未出現(xiàn)紅銹，由于本批磁性螺堵為相同鍍鋅工藝，所以證明磁性螺堵表面鍍鋅層符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。

為了驗證用于清洗齒輪箱的清洗劑溶劑是否會對鍍鋅層產(chǎn)生不利影響，從生產(chǎn)現(xiàn)場采集部分清洗劑溶劑。將同批次表面狀態(tài)良好的磁性螺栓浸泡在清洗劑溶劑中(見圖5、圖6)。

圖5 浸泡前磁性螺堵 圖6 浸泡試驗中的磁性螺堵

浸泡20 h后，觀察磁性螺栓表面，發(fā)現(xiàn)鍍鋅層脫落明顯(見圖7)；浸泡40 h后，觀察磁性螺栓表面，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)塊狀白斑(見圖8)。

圖7 試驗20 h 圖8 試驗40 h

40 h后螺堵表面出現(xiàn)的白斑與之前問題螺栓表面情況較為一致，且螺栓經(jīng)300 h鹽霧試驗，表面未出現(xiàn)紅銹，所以判斷磁性螺堵表面鍍鋅層脫落是由于浸泡在清洗劑溶劑中，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕而引起的鍍鋅層脫落。

3 原因分析

清洗劑溶劑成分主要是烷基磺酸鈉、脂肪醇醚硫酸鈉、泡沫劑、增溶劑、香精、水、色素和防腐劑等。烷基磺酸鈉和脂肪醇醚硫酸鈉都是陰離子表面活性劑，是常用的用以去除油污的主要物質(zhì)。一般情況下，構(gòu)成電化學(xué)腐蝕，必須具備3個條件：(1)不同金屬或者是同一金屬要有電位差；(2)具有不同電位的金屬要短路相接；(3)互相短路的金屬要共存于電解質(zhì)液中[1]。而清洗劑溶劑正好提供了電解質(zhì)液。清洗劑溶劑液呈堿性，磁性螺栓表面鋅膜層易發(fā)生吸氧腐蝕，從而導(dǎo)致脫落。

正極：2H2O+O2+4e-=4OH-

負極：2Zn-4e-=2Zn2+

溶液中有了自由移動的離子，形成了原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。

同時對腐蝕表面進行了能譜元素測試驗證(見圖9)，此處存在明顯腐蝕情況。經(jīng)能譜對腐蝕區(qū)域測試發(fā)現(xiàn)(見圖10)，在腐蝕區(qū)域含Na和S元素，Na和S元素為腐蝕的主要原因，其主要來源是清洗劑溶劑的成分。具體元素含量如表1所示，圖譜3為腐蝕區(qū)域元素占比，圖譜2為正常區(qū)域元素占比。其中腐蝕嚴重部分比正常鍍層部分多含了Na元素，證明鍍鋅層對堿性耐蝕性較差，較容易發(fā)生腐蝕。

表1 譜圖2和譜圖3各元素占比情況

圖9 腐蝕位置金相圖 圖10 腐蝕位置能譜圖

鍍鋅層對鋼基體防護作用主要有鋅對鋼基體的陰極保護作用以及鋅所生成的氧化物、氫氧化物和各種堿式鹽等腐蝕產(chǎn)物對腐蝕的抑制作用。為保證零部件表面鍍鋅層保護能長久有效，從電化學(xué)腐蝕的3個必備條件出發(fā)，可以從兩個方面防止鍍鋅層的加速腐蝕：

(1)避免電解質(zhì)液的堆積，避免形成回路。在組裝過程中避免使用堿性較強的清潔劑，如有使用，也應(yīng)及時清理殘留積液，以免出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕。

(2)避免磕碰引起的局部鍍鋅層破損而使基體暴露，從而與鍍鋅層形成電偶而加重腐蝕[2]。

4 改善措施

由于齒輪箱底部存在積液，磁性螺堵浸泡在積液中造成了表面鍍鋅層的電化學(xué)腐蝕。在齒輪箱清洗完成之后，增加一道工序，將齒輪箱內(nèi)部積液清理干凈。對鍍鋅零件，在日常的組裝或者存儲過程中也應(yīng)該注意磕碰和防潮保護，尤其應(yīng)注意避免與堿性物質(zhì)的長期接觸。對于零部件的制造廠商，客戶對產(chǎn)品外觀和質(zhì)量上的要求日益提高，對于鍍鋅質(zhì)量也應(yīng)該結(jié)合不同線路工況與不同線路所處不同大氣環(huán)境進行區(qū)別對待。針對不同的使用環(huán)境，鍍鋅層的厚度應(yīng)不同，在腐蝕嚴重地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加鍍鋅層厚度避免出現(xiàn)基體的腐蝕和開裂現(xiàn)象[3]。在生產(chǎn)過程中結(jié)合常用的金屬防腐方法：緩沖劑保護、電化學(xué)保護、覆蓋層保護。在磁性螺堵六角頭外表面也可以同樣涂覆油漆以增強防腐能力。既保證了產(chǎn)品在外觀上的一致性，又在表層增加了一道防護膜，增強了防腐性能。