余鑫泉 盛 健 張 華 楊其國(guó) 段 煬

(上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 上海 200093)

產(chǎn)業(yè)在線數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)家用空調(diào)產(chǎn)量約為1.5億臺(tái)，其中內(nèi)銷9 216萬(wàn)臺(tái)，出口5 846萬(wàn)臺(tái)；2020年生產(chǎn)總量為1.4億臺(tái)?？梢姡覈?guó)是家用空調(diào)生產(chǎn)和使用大國(guó)，大量的空調(diào)使用必然會(huì)消耗巨大的能源，保持空調(diào)長(zhǎng)效節(jié)能特性對(duì)于節(jié)約能源具有重要意義[1]。中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心(China Quality Certification Centre,CQC)已于2012年發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)《空調(diào)器長(zhǎng)效節(jié)能評(píng)價(jià)技術(shù)要求》[2]，對(duì)空調(diào)器長(zhǎng)效性能作出了具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。上海市科委也于2018年正式立項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目《房間空調(diào)器長(zhǎng)效性能測(cè)試方法研究與團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定》[3]。空調(diào)器的長(zhǎng)效節(jié)能性能受到越來(lái)越多房間空調(diào)器研究學(xué)者的重視，而翅片管式換熱器作為家用空調(diào)器的關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣將直接影響整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的長(zhǎng)效節(jié)能性能。

空調(diào)用翅片管式換熱器，一般使用銅、銅合金、鋁和鋁合金等材料。雖然這些材料具有一定的耐腐蝕性，但長(zhǎng)期暴露在室外環(huán)境中，特別是高溫、高濕和高鹽霧的沿海地區(qū)，會(huì)受到一定程度的腐蝕，從而影響換熱器的長(zhǎng)期運(yùn)行性能，甚至導(dǎo)致整個(gè)空調(diào)器失效。腐蝕是影響空調(diào)換熱器長(zhǎng)效性能衰減的典型因素，據(jù)統(tǒng)計(jì)，換熱器的損壞90%由腐蝕引起[4]，如何遏制翅片管式換熱器的快速腐蝕，降低腐蝕速率，是提高長(zhǎng)期高效運(yùn)行必須解決的難題。因此本文分析了空調(diào)用翅片管式換熱器的腐蝕原因，結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究，總結(jié)歸納了腐蝕對(duì)翅片管式換熱器換熱性能的影響以及抗腐蝕性研究的現(xiàn)狀，提出了今后翅片管式換熱器腐蝕防護(hù)的研究方向。

1 腐蝕機(jī)理

1.1 蟻巢腐蝕

1977年，加拿大學(xué)者J.O.Edwards等[5]首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了蟻巢腐蝕現(xiàn)象，之后引起了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員和空調(diào)制造商的廣泛關(guān)注。所謂蟻巢腐蝕，即在空調(diào)換熱器銅管中發(fā)生的一種由內(nèi)向外的電化學(xué)腐蝕，從橫向上看，腐蝕形狀類似于螞蟻迷宮的巢穴。銅管長(zhǎng)期受到蟻巢腐蝕會(huì)形成腐蝕穿孔，造成制冷劑泄漏，使換熱器制冷制熱性能下降，甚至導(dǎo)致整個(gè)制冷空調(diào)裝置失效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有10%的銅管提前失效是由蟻巢腐蝕導(dǎo)致[6]。

腐蝕媒(低級(jí)羧酸)、水、氧和銅是發(fā)生蟻巢腐蝕的基本條件，腐蝕機(jī)理為：低級(jí)羧酸使銅表面的水酸化并穿過存在一定缺陷的氧化膜層與銅直接接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化亞銅和羧酸銅，氧化亞銅的沉積所引起的體積膨脹會(huì)在腐蝕坑內(nèi)產(chǎn)生楔入效應(yīng)，導(dǎo)致微裂紋的形成，使更多的銅表面直接暴露在腐蝕環(huán)境中，產(chǎn)生更多的羧酸亞銅[7-8]。上述過程循環(huán)往復(fù)，直至穿透銅管，導(dǎo)致管道泄漏失效。銅表面被腐蝕部分作為“陽(yáng)極區(qū)”，鈍化膜未被破壞的絕大部分作為“陰極區(qū)”，這樣就形成了一個(gè)原電池，不斷進(jìn)行氧化還原反應(yīng)[9]：

陽(yáng)極反應(yīng)：Cu→Cu++e-(氧化反應(yīng))

Cu++X-→CuX(X為腐蝕媒)

4CuX+1/2O2→Cu2O+2CuX2

CuX2+Cu→2CuX

陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-→4OH-(氧的還原反應(yīng))

普遍研究表明，低級(jí)羧酸來(lái)源于銅管加工過程中殘留的含有醛基或羰基的有機(jī)化合物，如揮發(fā)性潤(rùn)滑油、含氯的有機(jī)溶劑和助焊劑等。這些物質(zhì)在水分、空氣的共同作用以及適當(dāng)溫度下，經(jīng)過加成、氧化、水解以及分解等反應(yīng)產(chǎn)生低級(jí)羧酸(甲酸、乙酸和丙酸等)[10]。圖1所示為揮發(fā)性潤(rùn)滑油生成低級(jí)羧酸的過程。但楊睿等[11]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的保溫材料在一定條件下也會(huì)產(chǎn)生低級(jí)羧酸，從而對(duì)銅管造成由外部向內(nèi)部的腐蝕。L.Cozzarini等[12]提出鹵代烴類制冷劑的水解會(huì)生成副產(chǎn)物甲醛，甲醛在潮濕的空氣中氧化為甲酸，導(dǎo)致蟻巢腐蝕的發(fā)生。圖2總結(jié)了空調(diào)換熱器表面殘留物中產(chǎn)生低級(jí)羧酸的物質(zhì)。

圖1 低級(jí)羧酸生成機(jī)制

圖2 換熱器表面殘留物中產(chǎn)生低級(jí)羧酸的物質(zhì)

1.2 點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是一種典型的換熱器局部腐蝕，通常發(fā)生在翅片管式蒸發(fā)器中，腐蝕介質(zhì)為氯離子。空氣中的氯氣及其氯化物溶解于沉積在翅片孔洞狀間隙的凝結(jié)水中形成腐蝕性離子，破壞銅表面的氧化亞銅保護(hù)膜并與銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成腐蝕，腐蝕產(chǎn)物為綠色的孔雀石CuCO3·Cu(OH)2[13]。由于反應(yīng)過程中會(huì)同時(shí)存在Cu+和Cu2+以及氯化物，前者通過擴(kuò)散發(fā)生復(fù)雜的自催化反應(yīng)，后者分解提高局部酸性值[14]，在兩者的共同作用下加劇腐蝕產(chǎn)生微小蝕孔，最終導(dǎo)致穿透銅管管壁造成泄漏。其反應(yīng)過程如下：

陽(yáng)極反應(yīng)：Cu→Cu++e-

Cu+Cl-→CuCl

2CuCl+H2O→Cu2O+2HCl

Cu2++Cu→2Cu+(自催化反應(yīng))

陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-→4OH-

由元素周期表可知，鋁的活潑性強(qiáng)于銅，但鋁與空氣中的氧氣快速反應(yīng)生成致密、具有自愈合能力的Al2O3薄膜可以抑制鋁在中性大氣中的腐蝕[15]；鋁翅片表面一般涂覆有高聚物有機(jī)涂層[1]，因而鋁及鋁合金不易發(fā)生腐蝕。但在高溫、高濕以及高鹽霧的熱帶海洋環(huán)境中，由于空氣中的侵蝕性陰離子Cl-濃度高[16]，穿過存在缺陷的涂層進(jìn)而破壞鋁表面的鈍化膜，并與金屬基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕微孔[17]。鋁翅片腐蝕如圖3所示，孔內(nèi)處于活化狀態(tài)的金屬為陽(yáng)極，其他處于鈍化狀態(tài)的表面為陰極，構(gòu)成小陽(yáng)極-大陰極電池推動(dòng)點(diǎn)蝕的發(fā)展。此外，腐蝕產(chǎn)物的堆積會(huì)導(dǎo)致孔口閉塞，在孔口內(nèi)外形成氧濃度差也會(huì)加劇腐蝕[18]。隨著腐蝕產(chǎn)物的增多導(dǎo)致涂層脫落，鋁翅片由局部均勻孔蝕向全面腐蝕發(fā)展，最終導(dǎo)致翅片粉化。對(duì)于銅管鋁翅片換熱器，銅鋁之間的電位差也是造成鋁翅片腐蝕的重要原因。

圖3 鋁翅片腐蝕示意圖[1]

1.3 間隙腐蝕

間隙腐蝕是一種與點(diǎn)蝕、蟻巢腐蝕相似的腐蝕模式，發(fā)生在由于翅片成型異常、脹管收縮和翅片少片等原因而造成換熱器翅片間產(chǎn)生的間隙中。空氣中的SO2、NH3、Cl2和H2S等溶解于沉積在翅片間隙的冷凝水中形成腐蝕性離子，以及有機(jī)化合物水解產(chǎn)生的羧酸在間隙中形成自腐蝕微電池導(dǎo)致腐蝕破壞。此外，隨著腐蝕的進(jìn)行，間隙內(nèi)外表面形成氧濃度差使腐蝕以自催化反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)一步加速腐蝕速率[19]。

1.4 換熱器腐蝕的預(yù)防措施

蟻巢腐蝕、點(diǎn)蝕和間隙腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕，腐蝕介質(zhì)本身并不具有腐蝕傾向，但與水反應(yīng)形成電解質(zhì)溶液，在翅片管式換熱器表面構(gòu)成一種微電池(腐蝕電池)，金屬作為陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)從而被腐蝕。受換熱器材料、結(jié)構(gòu)和換熱性能等因素影響，只能采取一些措施來(lái)延緩換熱器的腐蝕，并不能完全杜絕其腐蝕。目前，主要是從優(yōu)化翅片管式換熱器加工工藝的角度出發(fā)，控制產(chǎn)生低級(jí)羧酸的加工物質(zhì)殘留物、銅管內(nèi)氧的含量以及盡量避免與水分的接觸來(lái)預(yù)防銅管蟻巢腐蝕[20-22]。對(duì)于點(diǎn)蝕和間隙腐蝕的防護(hù)，有研究提出：1)向金屬材料添加少量合金元素提高換熱器的抗蝕性，如在銅管中加入少量錫、鎳，在鋁管中加入少量鎂、錳等元素，合金元素的離子可嵌入氧化膜空穴阻礙離子遷移和電子通過金屬表面的氧化膜，從而降低腐蝕速率；2)優(yōu)化翅片與銅管的接觸結(jié)構(gòu)，減少或避免水在間隙中的積存；3)在銅管表面涂覆緩蝕劑笨丙三氮唑(BTA，Benzotriazole)抑制陽(yáng)極反應(yīng)達(dá)到緩蝕效果[13,18]。

2 腐蝕對(duì)換熱器性能的影響

翅片管式換熱器受到腐蝕后會(huì)使翅片表面形貌和親水性發(fā)生變化，產(chǎn)生的腐蝕污垢會(huì)影響換熱器的壓降及傳熱特性。目前，分析腐蝕對(duì)換熱器的影響主要是利用鹽霧實(shí)驗(yàn)箱對(duì)換熱器進(jìn)行人工加速腐蝕來(lái)模擬換熱器的實(shí)際腐蝕效果，通過掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析技術(shù)分別研究換熱器腐蝕形貌變化及腐蝕產(chǎn)物成分，利用焓差實(shí)驗(yàn)室或風(fēng)洞測(cè)試換熱器壓降及換熱性能。

浦暉等[23-24]實(shí)驗(yàn)研究了不同鹽霧腐蝕程度銅翅片換熱器的壓降特性，并與未腐蝕換熱器進(jìn)行對(duì)比，提出換熱器空氣側(cè)壓降特性同時(shí)受腐蝕污垢和翅片親水性的影響，腐蝕會(huì)惡化翅片表面親水性；隨著腐蝕加劇，換熱器空氣側(cè)壓降逐漸增大，而傳熱系數(shù)和摩擦因子逐漸減小。趙宇等[25]測(cè)試了銅管鋁翅片換熱器分別進(jìn)行48 h和96 h鹽霧腐蝕后的性能，結(jié)果如圖4所示，換熱器空氣側(cè)壓降變化在5 Pa以內(nèi)，傳熱熱阻最多增加20%，而傳熱系數(shù)、換熱量分別降低12.5%和20%。Zhao Yu等[26]對(duì)比了銅管銅翅片和銅管鋁翅片蒸發(fā)器經(jīng)鹽霧腐蝕后的性能，發(fā)現(xiàn)隨著腐蝕時(shí)間的增加，兩種換熱器的冷卻能力均會(huì)降低，但銅翅片換熱器的冷卻能力衰減率和傳熱系數(shù)衰減率更小，而兩者空氣側(cè)壓降受腐蝕影響較小，均在5 Pa以內(nèi)。劉志孝等[27]對(duì)比研究了翅片管式換熱器和微通道換熱器經(jīng)腐蝕后形貌、傳熱和空氣流通阻力的變化，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過1 250 h腐蝕實(shí)驗(yàn)后，微通道換熱器的換熱量衰減程度和風(fēng)阻增幅顯著高于翅片管式換熱器；鹽霧腐蝕后的形貌如圖5所示，翅片管式換熱器邊緣處的翅片出現(xiàn)腐蝕脫落，但主體完好，而微通道換熱器局部區(qū)域的翅片脫離扁管，出現(xiàn)翅片粉化現(xiàn)象。Pu Hui等[28]研究了親水涂層翅片管換熱器的親水性、傳熱及壓降性能隨腐蝕時(shí)間的變化，結(jié)果表明，親水涂層鋁翅片的接觸角隨腐蝕時(shí)間的增加而增大，導(dǎo)致翅片親水性降低；與未腐蝕換熱器相比，鹽霧腐蝕對(duì)空氣側(cè)傳熱系數(shù)和空氣側(cè)壓降的影響分別為8.7%～20.5%和1.7%～13.1%，在低空氣流速(0.5～2.0 m/s)下，點(diǎn)蝕型親水涂層翅片管換熱器傳熱增強(qiáng)，而在入口風(fēng)速較高時(shí)傳熱退化。

圖4 腐蝕對(duì)銅管鋁翅片換熱器空氣側(cè)壓降、換熱量、傳熱系數(shù)和傳熱熱阻的影響[25]

圖5 兩種換熱器腐蝕前后形貌對(duì)比[27]

不同防腐方式對(duì)翅片管式換熱器管外側(cè)性能影響程度不同。針對(duì)防腐方式對(duì)翅片管式換熱器管外側(cè)性能的影響，卞荷潔等[29]實(shí)驗(yàn)對(duì)比了預(yù)噴涂型、整體電泳型和銅管銅翅片型3種防腐換熱器的管外性能，結(jié)果表明采用電泳噴涂防腐圖層的換熱器對(duì)管外壓降及傳熱特性影響較小。

3 換熱器的抗腐蝕性研究

導(dǎo)致翅片管式換熱器腐蝕的主要原因是基體金屬材料直接暴露在腐蝕環(huán)境中與腐蝕介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而形成蟻巢腐蝕、點(diǎn)蝕和間隙腐蝕。因此，有針對(duì)性的預(yù)防腐蝕發(fā)生是從防腐涂層、耐腐材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3個(gè)方面進(jìn)行研究的。

3.1 防腐涂層研究

在空調(diào)換熱器表面涂覆一層防腐蝕層是最有效，也是最廣泛采用的防腐方式，其防腐機(jī)理是在金屬基體表面形成一層屏蔽涂層阻隔金屬基體材料與造成蟻巢腐蝕、點(diǎn)蝕和間隙腐蝕的腐蝕介質(zhì)接觸，從而達(dá)到防腐的目的。但防腐涂層存在一定的滲水性和透氣性，不能完全屏蔽空氣中的氯離子、水蒸氣等腐蝕介質(zhì)，所以該方式只能延緩換熱器用金屬材料的腐蝕速率。翅片管式換熱器常用的防腐涂層主要有焙干酚醛樹脂、環(huán)氧電泳、金屬浸漬聚氨酯和水性納米防護(hù)涂料等。

通過對(duì)已有翅片管式換熱器防腐涂料的研究，許多學(xué)者提出了改善涂層耐腐蝕性和導(dǎo)熱性的方法，制備出性能更好的防腐涂層。張巧云等[30]用丙烯酸乳液(用量20%)、硅溶膠(用量15%)和聚丙稀銑胺(用量15%)制備了一種換熱器銅表面耐腐蝕親水涂層，經(jīng)過Tafel極化曲線和接觸角測(cè)試表明其具有良好的耐蝕性、親水性和耐熱性，但涂層經(jīng)干燥后具有微小的裂紋。針對(duì)傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂涂層導(dǎo)熱系數(shù)較小的缺點(diǎn)，聶晟楠等[31]以環(huán)氧樹脂為主要成分，向其中添加石墨烯、石墨粉末等提高涂層的導(dǎo)熱率，研制了耐腐蝕的高導(dǎo)熱石墨烯復(fù)合涂層，綜合性能優(yōu)異，有望作為新型防腐涂層用于換熱器表面。石墨粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂層導(dǎo)熱系數(shù)的影響如圖6所示。涂層的導(dǎo)熱系數(shù)隨石墨粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，由于石墨粉在環(huán)氧樹脂中的溶解度有限，因此涂層的導(dǎo)熱系數(shù)并不會(huì)無(wú)限增加。Y.Ziat 等[32]以石墨烯納米片作為原料，環(huán)氧樹脂用于石墨烯的功能化并作為金屬和石墨烯單分子膜之間的化學(xué)連接劑，制備了石墨烯改性環(huán)氧涂層。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% NaCl溶液中，采用動(dòng)電位極化(PDP)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究該涂層對(duì)銅的緩蝕作用，結(jié)果表明該涂層提高了銅的疏水性和耐腐蝕性能。

圖6 石墨粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂層導(dǎo)熱系數(shù)的影響[31]

目前，國(guó)內(nèi)外主要以溶劑型單組分體系和溶劑型雙組分體系作為空調(diào)設(shè)備的的防腐涂料，而對(duì)于水性化的防腐涂料未見報(bào)道。姚煌等[33]研制出一種應(yīng)用于商用空調(diào)的水性雙組分環(huán)氧防腐底漆，性能測(cè)試結(jié)果如表1所示，表明其具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，但未提及該涂層的傳熱系數(shù)和親水性等影響換熱器性能的因素，有待進(jìn)一步研究。

表1 商用空調(diào)防腐底漆的關(guān)鍵技術(shù)要求[33]

K.Ishii等[34]研究表明在鋁翅片表面噴涂SiO2形成凝膠膜是一種有效的防腐措施，但考慮到導(dǎo)熱熱阻的影響，防腐涂層的厚度并非越厚越好，最佳應(yīng)為5～7 μm[35]。Zhang Daquan等[36]利用Cu2O催化的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)在銅表面形成了三唑共價(jià)逐層組裝膜，提高了銅的耐腐蝕性。

陳文瓊等[37]對(duì)空調(diào)器應(yīng)用新型納米涂層技術(shù)進(jìn)行了可行性研究，通過對(duì)新型TiO2和銀離子復(fù)合涂料的翅片進(jìn)行鹽霧腐蝕和抗霉菌實(shí)驗(yàn)，判定出納米涂層翅片具有優(yōu)異的耐點(diǎn)蝕能力和抗菌性能，這與王岸林等[38]的研究結(jié)果一致，表明在翅片表面涂裝TiO2能夠延緩換熱器的腐蝕。

換熱器防腐涂層使用一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生老化，導(dǎo)致防腐能力降低甚至完全喪失防腐作用，而目前尚未有明確的方法和標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)涂層的防腐能力。張海春[39]對(duì)比分析了冷凝器翅片在實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)際使用環(huán)境下的失效機(jī)理，提出冷凝器翅片先進(jìn)行120 h的戶外紫外線(UVB)加速老化實(shí)驗(yàn)，再經(jīng)過72 h小時(shí)中性鹽霧腐蝕后的圖譜與實(shí)際環(huán)境下的圖譜一致，機(jī)理相同。

受荷葉等植物葉片特殊微觀結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，許多學(xué)者提出在金屬基體表面制備一層超疏水表面膜，通過減少水與金屬表面之間的接觸面積，可以顯著提高金屬的耐腐蝕性能。Wan Yunxiao等[40]采用蝕刻與水熱處理相結(jié)合的方法在銅基底上制備了超疏水表面。模擬海洋環(huán)境中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5% NaCl溶液的實(shí)驗(yàn)表明，超疏水膜具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，緩蝕率達(dá)99.81%。Huang Ying等[41]在30 V直流電壓的乙醇硬脂酸溶液中，采用一步電化學(xué)改性法獲得了最大接觸角可達(dá)157°的銅基超疏水表面，電化學(xué)極化曲線表明，與裸銅相比，超疏水銅表面具有更高的極化電阻和更低的腐蝕電流密度(Icorr)。Zang Jie等[42]通過陽(yáng)極氧化和月桂酸改性兩步法在6061鋁合金表面制備了具有蜂窩狀針孔結(jié)構(gòu)的超疏水表面，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5% NaCl溶液中，利用極化曲線研究了未處理鋁合金表面和超疏水鋁合金表面的腐蝕行為，結(jié)果表明：經(jīng)過處理的鋁合金的腐蝕電位(Ecorr)增加，腐蝕電流密度(Icorr)顯著降低，超疏水表面對(duì)鋁合金的防腐是非常有效的。Liu Yan等[43]使用鈰元素在銅襯底上構(gòu)建了接觸角為161.5°±2°的超疏水表面。Jiang Shuzhen等[44]利用脈沖電沉積技術(shù)在銅襯底上構(gòu)建了含瀾的超疏水表面。

此外，還有蝕刻法[45-47]、電沉積法[48-52]、溶膠-凝膠法[53-54]、接枝聚合法[55]、浸漬法[56-57]、離子噴涂[58-59]、液-固反應(yīng)法[60]等用于制取銅或鋁基超疏水表面，由于這些方法制備工藝復(fù)雜、成本高、膜層不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，應(yīng)用受到限制，還未有完備的方法獲得超疏水表面。

3.2 防腐材料研究

通過對(duì)空調(diào)換熱器腐蝕機(jī)理的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出改變用于制作換熱器的用金屬材料成分，從而提高金屬防腐性能的方案，主要措施是向鋁合金材料中添加微量元素來(lái)提高換熱器的抗腐蝕性能。

Al-Mn合金由于具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車空調(diào)換熱器。Cao Cheng等[61]向汽車換熱器材料Al-1.5Mn-0.3Fe-0.6Si-0.5Cu(質(zhì)量分?jǐn)?shù))合金中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16 Zr使得合金的低角度晶界(LAGBs)的體積分?jǐn)?shù)增大和晶粒尺寸減小，改善了合金的耐腐蝕性能。經(jīng)過相同時(shí)間鹽霧腐蝕后兩種合金的表面如圖7所示，含Zr合金的抗點(diǎn)蝕能力顯著強(qiáng)于原合金。

圖7 兩種合金腐蝕表面對(duì)比[61]

當(dāng)鋁合金多端口擠壓管(MPE)應(yīng)用于鋁熱交換器時(shí)，合金中雜質(zhì)或元素的異種金屬會(huì)反應(yīng)生成與鋁基體電化學(xué)電位不同的金屬間化合物(IM)，從而形成電化學(xué)反應(yīng)的陰極和陽(yáng)極，造成Al-MPE管的局部腐蝕。Y.S.Kim等[62]提出在鋁合金中加入少量的鋯(Zr)合金(形成Al3Zr)來(lái)細(xì)化和分散Al13Fe4(Fe-IM)晶粒，從而防止Al-MPE管的局部腐蝕擴(kuò)展，提高了1xxx系列鋁MPE管材的耐點(diǎn)蝕性。

由于TP2的含磷量和總雜質(zhì)比TU1銅管多，成分均勻性差，導(dǎo)致材料各部分之間容易產(chǎn)生電位差，自身在腐蝕介質(zhì)中會(huì)形成原電池，發(fā)生局部點(diǎn)腐蝕。申孟亮[63]通過對(duì)無(wú)氧銅TU1銅管和主流空調(diào)換熱器用TP2銅管進(jìn)行蟻穴實(shí)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，TU1銅管的耐蟻巢腐蝕、點(diǎn)蝕性能和換熱性能優(yōu)于TP2銅管，提出了TU1銅管替代TP2銅管作為換熱器銅管的可能性。

塑料材料具有抗結(jié)垢防腐蝕性能，不易與腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，換熱性能差，在換熱器上的應(yīng)用有一定的局限性。陳林等[64]對(duì)比了參數(shù)相同的不銹鋼、銅和高導(dǎo)熱塑料的翅片式換熱器的換熱性能，發(fā)現(xiàn)高導(dǎo)熱塑料換熱器的換熱性能與不銹鋼換熱器基本相同，且接近銅管換熱器，說明高導(dǎo)熱塑料換熱器有一定的應(yīng)用前景。

3.3 防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除上述幾種防腐措施外，優(yōu)化換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少腐蝕介質(zhì)在換熱器翅片間隙間的沉積從而形成電解質(zhì)溶液或產(chǎn)生電位差保護(hù)也是提高防腐能力的重要方法。王浩紅等[65]將新型復(fù)合折疊扁管應(yīng)用于微通道換熱器，并采用鹽霧實(shí)驗(yàn)測(cè)試其抗腐蝕性能，結(jié)果表明復(fù)合折疊扁管相比于多空擠壓噴鋅扁管、多空擠壓Si釬劑預(yù)涂敷扁管具有更優(yōu)異的抗腐蝕性能和熱交換性能。M.A.Pech-Canul等[66]通過在微通道管和翅片表面采用AA4343/AA3003(Zn)/AA4343銅焊片鍍鋅，在換熱器表面形成一層鋅擴(kuò)散保護(hù)層，以犧牲鋅材料達(dá)到保護(hù)金屬材料的目的，設(shè)計(jì)了一種鋁合金汽車?yán)淠鳎憩F(xiàn)出較高的耐蝕性。

4 總結(jié)與展望

本文總結(jié)了空調(diào)用翅片管式換熱器腐蝕及防護(hù)的研究進(jìn)展，得到如下結(jié)論：

1)空調(diào)換熱器長(zhǎng)期暴露于空氣環(huán)境中，銅管會(huì)受到以蟻巢腐蝕、點(diǎn)蝕和間隙腐蝕為主的局部腐蝕，鋁翅片由局部腐蝕中的點(diǎn)蝕擴(kuò)展到全面腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致翅片出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。還未有較好的方法能夠杜絕翅片管式換熱器的腐蝕，只能從優(yōu)化換熱器加工工藝和結(jié)構(gòu)、采用耐腐材料、隔絕腐蝕介質(zhì)等方面預(yù)防腐蝕發(fā)生。

2)腐蝕會(huì)影響翅片管式換熱器的表面形貌，使其壓降增大，傳熱系數(shù)減小，導(dǎo)致整個(gè)換熱器的換熱性能下降。

3)目前，提高翅片管式換熱器抗腐蝕性能的研究主要從防腐涂層、防腐材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3個(gè)方面展開。

雖然空調(diào)換熱器的防腐研究已取得了初步的研究成果，并且一些防腐措施得到了一定的應(yīng)用，但仍有一些問題值得深入研究：

1)關(guān)于腐蝕對(duì)翅片管式換熱器性能影響的研究均停留在理論階段，沒有對(duì)實(shí)際腐蝕情況下?lián)Q熱器性能的研究，有必要對(duì)實(shí)際使用環(huán)境中腐蝕的換熱器進(jìn)行進(jìn)一步換熱過程研究。

2)超疏水表面不僅具有優(yōu)異的耐腐蝕性，還具有抗凝露抗結(jié)霜特性。因此，制備出性能更好、操作簡(jiǎn)單、膜層穩(wěn)定和具有普適性的超疏水表面，并將其應(yīng)用于換熱器，測(cè)試換熱性能和防腐性能還有待進(jìn)一步研究。

3)優(yōu)化換熱器的結(jié)構(gòu)從而達(dá)到防腐目的方面的研究還相對(duì)較少，對(duì)于翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要找到防腐能力與換熱能力之間的平衡以同時(shí)滿足換熱器高效和長(zhǎng)效的運(yùn)行特性，盡可能延長(zhǎng)換熱器的使用壽命。