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论述太阳能热水器贮热水箱的防腐措施

  在太阳能热水器中,贮热水箱是一个十分重要的部件。太阳能热水器贮热水箱存在的一个突出问题是腐蚀问题,其所造成的直接和间接经济损失是不可估量的。
  局部腐蚀是太阳能热水器贮热水箱产生腐蚀的重要方面,包括缝隙腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。本文主要针对这4类腐蚀产生的机理及其相应的防腐措施加以阐述,以防腐蚀的发生并采取相应的应对措施。
  1缝隙腐蚀、点蚀与其应对措施
  存在狭缝的钢制太阳能热水器贮热水箱会导致缝隙腐蚀,其发生的腐蚀机理与孔蚀类似。缝隙内是缺氧区,成为阳极,其后产生自催化加速作用。一方面,缝内外构成氧浓度差电池,导致阴阳极反应的金属氯化物水解,缝内酸性升高;另一方面,封口处Fe2+与其在阴极上产生的OH-结合成Fe(OH)2,进而氧化成Fe(OH)3沉积堵塞在缝口,发展为闭塞电池,导致腐蚀加剧。由于缝隙腐蚀的临界电位比点蚀还低,当有窄缝时,缝隙腐蚀更易发生。尤其是304不锈钢对氯离子较敏感,浓度愈大,点蚀临界电位愈低,就愈易发生点蚀。不锈钢表面被水垢或铁锈所玷污,也易引起点蚀。为防止缝隙腐蚀,在设计上朝水面一侧避免存在缝隙,焊接接头以对接代替搭接;在不锈钢中添加Cr、Mo元素(避免混入硫元素)提高材质的电极电位,采用抗点蚀性能好的Mo奥氏体不锈钢(如316不锈钢)或含Mo的高纯铁素体不锈钢(如用YUS190钢代替304不锈钢钢)制作水箱。
  另一可行措施是拓宽缝隙,以利于对流;用塑料接头材料或弹性密封材料、橡胶材料等填塞缝隙。此外,用油性的防锈涂料取代缝隙中的水分和电解质以防腐蚀。焊缝应光滑饱满,无缝隙,尽可能避免出现锐角形角隅。在冲压、焊接有残余应力时缝隙腐蚀会更严重,可采用阴极保护防腐技术。
  用铝作保护阳极,焊接时被挤出的铝把焊缝封死,更好地保护了缝内金属。但在水箱中使用的不锈钢板有离子化倾向会引起腐蚀,此时应在两片SUS304不锈钢板中夹入一块诸如铝、镁之类的金属,后把这两片不锈钢焊接,就能明显减少不锈钢在日光照射下的离子化倾向,防止腐蚀。此外,利用无定性合金涂覆也可防阳光腐蚀。但采用牺牲阳极的方法有不少问题,不仅使操作变得困难,且使焊接最佳范围变窄,使牺牲阳极溶出的地方产生腐蚀。
  2晶间腐蚀与其应对措施
  经焊接的不锈钢,在熔合区和过热区有Fe4C、Cr4C析出,使靠近晶粒边界的狭窄区带的铬含量贫化,导致不锈钢失去“不锈钢特征”,发生晶间腐蚀。晶间腐蚀严重时,受拉伸应力时会出现晶间裂纹或断裂。
  采用超低碳(含碳量最好小于0.03%)的不锈钢或加入稳定性元素(Ti或Nb)能将出现敏化的危险降到最低限度,但并不能保证不出现敏化。TiC或NbC是更稳定的碳化物,比含铬碳化物更难成核。另外,在550~850℃范围内尽可能使时间最短;亦可做固溶处理:即为把所形成的碳化铬溶解,将材料加热至1050℃左右,随之急骤冷却,使新的碳化铬来不及生成。
  3应力腐蚀与其应对措施
  在焊接中对板材进行局部不均匀加热会产生焊接应力和变形。焊后,不锈钢内胆两端盖边缘处断面复杂,所受拉应力较大,是较容易发生应力腐蚀的部位。分析得出奥氏体不锈钢材料在水环境中发生应力腐蚀所满足的必要条件:1.该材料对应力腐蚀开裂有敏感性;2.经焊接及冷加工后存在于材料内部的残余拉伸应力作用;3.含氯离子的温水及高温水等腐蚀介质环境。只要上述条件同时具备就会发生应力腐蚀。
 

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