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东贝不锈钢承压水箱的防腐墙技术
摘要：本文介绍了东贝的自主专利防腐墙技术，研究了防腐墙技术在不锈钢承压水箱的应用及原理，分析了防腐墙技术在不锈钢水箱上应用的可靠性。得到了防腐墙技术应用到水箱上的实际效果，最后阐述了分析结果对太阳能热利用、壁挂炉供暖供热、热泵热水器等行业的实际指导意义。
关键词：防腐墙 不锈钢承压水箱 钝化 SUS304不锈钢
引言： 随着社会的快速发展，人类对生活舒适度的要求越来越高，热水（热能）的需求量在逐年递增。热水（热能）的储存样式多样，但目前主流仍主要依赖于水箱的储能。储热水箱主要应用于太阳能热利用、热泵热水系统、壁挂炉供暖供热水行业，而且需求量在逐年递增，特别是不锈钢承压水箱。但是水箱腐蚀漏水问题一直困扰着一些企业和消费者，通过市场调查，每年由于腐蚀漏水的储水箱不计其数，特别是带有一定压力的储水箱，给社会造成很大的损失。因此，不锈钢承压水箱的防腐墙技术的研究显得非常的重要。
关键词：防腐墙 不锈钢承压水箱 钝化 SUS304不锈钢
引言： 随着社会的快速发展，人类对生活舒适度的要求越来越高，热水（热能）的需求量在逐年递增。热水（热能）的储存样式多样，但目前主流仍主要依赖于水箱的储能。储热水箱主要应用于太阳能热利用、热泵热水系统、壁挂炉供暖供热水行业，而且需求量在逐年递增，特别是不锈钢承压水箱。但是水箱腐蚀漏水问题一直困扰着一些企业和消费者，通过市场调查，每年由于腐蚀漏水的储水箱不计其数，特别是带有一定压力的储水箱，给社会造成很大的损失。因此，不锈钢承压水箱的防腐墙技术的研究显得非常的重要。
防腐墙技术是由东贝太阳能公司研发部针对不锈钢承压水箱的使用情况而研发，解决了由于承压水箱的不锈钢内胆在一定的介质下使用会产生腐蚀的问题。
一、防腐墙原理技术
1.1 防腐墙的成相膜机理
防腐墙机理可用薄膜理论来解释，即防腐墙是由于金属与氧化性介质（钝化液）作用，作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、能中固地附在金属表面上的钝化膜。这层膜成独立相存在，通常是氧和金属的化合物。它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解。奥氏体不锈钢经氧化性介质处理后其表面能形成满足上述要求的钝化膜。
1.2 从自钝化到被钝化
SUS 304不锈钢是属于奥氏体金属材料，奥氏体材料有一个重要的特性就是有自钝化功能，在空气中能形成一层氧化膜，该膜能阻止阳极反应，从而降低腐蚀速率。但是该钝化膜较薄（一般仅有0.02~1.0μm），而且不太均匀（特别是经过加工处理过的材料），在一些特定的介质中容易发生点蚀而遭受破坏，最常见的是卤素元素离子导致不锈钢表面钝化膜的钝态遭到破坏，造成表面的不完整，从而失去其保护作用。
为了提高奥氏体不锈钢材料的耐腐蚀性能，东贝公司通过研究SUS304不锈钢再钝化（防腐墙）技术以改变奥氏体不锈钢材料的腐蚀电位从而提高其耐蚀性。
1.3 防腐墙的成相膜过程与钝化过程阳极极化曲线
不锈钢防腐墙是表面层由于氧化溶解并与水分子的吸附，在氧化剂的催化作用下，形成氧化物与氢氧化物，并与组成不锈钢的Cr、Ni元素发生转换反应，最终形成稳定的成相膜，阻止了膜的破坏与腐蚀的发生，其主要化学反应方程式：
1.4防腐墙（钝化膜）的特点
不锈钢防腐墙之所以具有抵抗腐蚀的能力有三个特点：其一，防腐墙的厚度很薄，在含铬量＞10.5%的条件下，一般只有几个微米；其二，防腐墙的比重大于基体的比重。这两个特点说明防腐墙既薄又致密，因此很难被腐蚀介质击穿而快速腐蚀基体。其三，防腐墙的铬浓度比基体高出一倍以上。因此，防腐墙具有很高的耐腐蚀性。
二、防腐墙技术在不锈钢承压水箱的应用及其原理
SUS304不锈钢材料由于具有较好的综合性能，工艺加工性能，以及较好的耐腐蚀性，广泛应用在各个行业，储热水箱领域也不例外。但不锈钢材料在实际储热水箱应用中会出现腐蚀，常见的有点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。那么不锈钢为什么会出现这些腐蚀现象？针对这个问题，我们收集市场信息进行了研究，主要表现在如下方面：
（1）缝隙内出现严重腐蚀。经研究，结构设计不合理，在进行阴极反应时，阴极反应物溶解氧很难进入到结构缝隙内，这就导致缝隙内外表面会出现浓度差别，就会出现浓差电池腐蚀，即缝隙腐蚀。
（2）焊接的表面出现严重的腐蚀（点蚀和晶间腐蚀）。经分析，这主要是由于在制作承压水箱过程中，材料在机械加工、高温焊接工序，材料的表面氧化膜遭到破坏和材料金相组织发生了改变，在一定的介质下，由于Cl-离子的侵蚀，局部腐蚀就容易在这些薄弱点上萌生，其中，表面膜的化学成分的不均匀性对钝化膜保护性能的影响比物理缺陷的影响要强得多。
将防腐墙技术应用到水箱上可极大的提高产品的防腐性能，因为不锈钢承压水箱通过钝化使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解，去掉了贫铬层，使铬在不锈钢表面富集，这种富铬钝化膜的电位可达+1.0V（SCE），接近贵金属的电位，提高了抗腐蚀的稳定性。
三、防腐墙技术在不锈钢水箱上应用的可靠性
针对防腐墙技术在不锈钢水箱上的应用，公司为确定该技术的可靠性，我们分别做了很多试验研究，其中有盐雾对比试验、高温盐水对比试验，FeCl3抗点蚀试验等，均得到较好的结果。
试验介绍：
试验一：
取两块相同的经过自动氩弧焊接的SUS304不锈钢板材，一件经过钝化处理，另外一件未作钝化的样件分别放入5%的盐水和清水中，（见图三）。
结果：经过两个月浸泡试验观察，经过防腐处理的SUS304不锈钢在浓度为5%的盐水中，基本没有出现锈蚀。而没有经过防腐处理的SUS304不锈钢在清水中出现了严重的锈蚀。
试验二：
取两块相同的经过自动氩弧焊接的SUS 304不锈钢板材，一件经过钝化处理，另外一件未作钝化的样件放入5%的盐水盐雾试验箱内进行盐雾试验，历时：16h。
（表一，盐雾对比试验）
四、防腐墙技术应用于水箱上的实际效果
为了验证公司生产的承压水箱有没有被腐蚀，2013年8月份公司组织了“以新换旧召回”承压水箱活动，随机抽取并“召回”使用了8年的水箱，共计8台，经技术开发部解剖，发现内胆焊接处均完好无损，没有腐蚀迹象。（如图四）
一、防腐墙原理技术
1.1 防腐墙的成相膜机理
防腐墙机理可用薄膜理论来解释，即防腐墙是由于金属与氧化性介质（钝化液）作用，作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、能中固地附在金属表面上的钝化膜。这层膜成独立相存在，通常是氧和金属的化合物。它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解。奥氏体不锈钢经氧化性介质处理后其表面能形成满足上述要求的钝化膜。
1.2 从自钝化到被钝化
SUS 304不锈钢是属于奥氏体金属材料，奥氏体材料有一个重要的特性就是有自钝化功能，在空气中能形成一层氧化膜，该膜能阻止阳极反应，从而降低腐蚀速率。但是该钝化膜较薄（一般仅有0.02~1.0μm），而且不太均匀（特别是经过加工处理过的材料），在一些特定的介质中容易发生点蚀而遭受破坏，最常见的是卤素元素离子导致不锈钢表面钝化膜的钝态遭到破坏，造成表面的不完整，从而失去其保护作用。
为了提高奥氏体不锈钢材料的耐腐蚀性能，东贝公司通过研究SUS304不锈钢再钝化（防腐墙）技术以改变奥氏体不锈钢材料的腐蚀电位从而提高其耐蚀性。
1.3 防腐墙的成相膜过程与钝化过程阳极极化曲线
不锈钢防腐墙是表面层由于氧化溶解并与水分子的吸附，在氧化剂的催化作用下，形成氧化物与氢氧化物，并与组成不锈钢的Cr、Ni元素发生转换反应，最终形成稳定的成相膜，阻止了膜的破坏与腐蚀的发生，其主要化学反应方程式：
1.4防腐墙（钝化膜）的特点
不锈钢防腐墙之所以具有抵抗腐蚀的能力有三个特点：其一，防腐墙的厚度很薄，在含铬量＞10.5%的条件下，一般只有几个微米；其二，防腐墙的比重大于基体的比重。这两个特点说明防腐墙既薄又致密，因此很难被腐蚀介质击穿而快速腐蚀基体。其三，防腐墙的铬浓度比基体高出一倍以上。因此，防腐墙具有很高的耐腐蚀性。
二、防腐墙技术在不锈钢承压水箱的应用及其原理
SUS304不锈钢材料由于具有较好的综合性能，工艺加工性能，以及较好的耐腐蚀性，广泛应用在各个行业，储热水箱领域也不例外。但不锈钢材料在实际储热水箱应用中会出现腐蚀，常见的有点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。那么不锈钢为什么会出现这些腐蚀现象？针对这个问题，我们收集市场信息进行了研究，主要表现在如下方面：
（1）缝隙内出现严重腐蚀。经研究，结构设计不合理，在进行阴极反应时，阴极反应物溶解氧很难进入到结构缝隙内，这就导致缝隙内外表面会出现浓度差别，就会出现浓差电池腐蚀，即缝隙腐蚀。
（2）焊接的表面出现严重的腐蚀（点蚀和晶间腐蚀）。经分析，这主要是由于在制作承压水箱过程中，材料在机械加工、高温焊接工序，材料的表面氧化膜遭到破坏和材料金相组织发生了改变，在一定的介质下，由于Cl-离子的侵蚀，局部腐蚀就容易在这些薄弱点上萌生，其中，表面膜的化学成分的不均匀性对钝化膜保护性能的影响比物理缺陷的影响要强得多。
将防腐墙技术应用到水箱上可极大的提高产品的防腐性能，因为不锈钢承压水箱通过钝化使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解，去掉了贫铬层，使铬在不锈钢表面富集，这种富铬钝化膜的电位可达+1.0V（SCE），接近贵金属的电位，提高了抗腐蚀的稳定性。
三、防腐墙技术在不锈钢水箱上应用的可靠性
针对防腐墙技术在不锈钢水箱上的应用，公司为确定该技术的可靠性，我们分别做了很多试验研究，其中有盐雾对比试验、高温盐水对比试验，FeCl3抗点蚀试验等，均得到较好的结果。
试验介绍：
试验一：
取两块相同的经过自动氩弧焊接的SUS304不锈钢板材，一件经过钝化处理，另外一件未作钝化的样件分别放入5%的盐水和清水中，（见图三）。
结果：经过两个月浸泡试验观察，经过防腐处理的SUS304不锈钢在浓度为5%的盐水中，基本没有出现锈蚀。而没有经过防腐处理的SUS304不锈钢在清水中出现了严重的锈蚀。
试验二：
取两块相同的经过自动氩弧焊接的SUS 304不锈钢板材，一件经过钝化处理，另外一件未作钝化的样件放入5%的盐水盐雾试验箱内进行盐雾试验，历时：16h。
（表一，盐雾对比试验）
四、防腐墙技术应用于水箱上的实际效果
为了验证公司生产的承压水箱有没有被腐蚀，2013年8月份公司组织了“以新换旧召回”承压水箱活动，随机抽取并“召回”使用了8年的水箱，共计8台，经技术开发部解剖，发现内胆焊接处均完好无损，没有腐蚀迹象。（如图四）
（图四，使用8年“召回”的不锈钢承压水箱解剖局部图）
五、总结
本文介绍了“防腐墙”技术及其在热泵水箱、太阳能水箱、壁挂炉水箱等行业的应用，并通过验证表明：东贝“防腐墙”不锈钢承压水箱的焊后防腐处理技术经受住了时间的考验，可以说东贝不锈钢承压水箱“防腐墙”技术是过硬的。
参考文献：
1、中国腐蚀与保护学会，金属的局部腐蚀，化学工业出版社，北京，1997
2、周金保，不锈钢钝化工艺的发展，航空工业总公司，太原，1995
3、汪轩义，不锈钢钝化膜研究进展，北京科技大学，北京
