1.參試散熱器
實(shí)驗(yàn)對(duì)象為六種不同材料組合的散熱器，分別編號(hào)如表1至表3所示，（包括扁管、翅片和集流管三個(gè)部分）。A，B 和C的扁管為非復(fù)合材料。A為1xxx純鋁，其他兩種分別為AA3003的高頻焊管和擠壓管。三種復(fù)合扁管分別為以AA3003、 FA7805 和FA7872為芯材的復(fù)合扁管。表2為各種扁管的釬焊后強(qiáng)度、總厚度等物理參數(shù)。因?yàn)閺?qiáng)度上的優(yōu)勢(shì)，復(fù)合管料，尤其是長(zhǎng)壽命材料FA7872作為散熱器扁管，較三種非復(fù)合管料可減薄20～40%。這種高強(qiáng)度合金的應(yīng)用滿足了市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品向輕型化發(fā)展的需求。
各散熱器的翅片化學(xué)成分如表3所示。翅片與扁管的搭配對(duì)抗腐蝕性能同樣至關(guān)重要，在隨后的實(shí)驗(yàn)中也可以看到不同搭配對(duì)散熱器的外部抗腐蝕性能的影響。
2. 試驗(yàn)及結(jié)果
為了比較評(píng)價(jià)這幾種不同扁管及其組合的抗腐蝕性能，本文采用了實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕實(shí)驗(yàn)：鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)、浸沒(méi)實(shí)驗(yàn)和OY溶液腐蝕實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估不同扁管及其翅片搭配下的外部和內(nèi)部抗腐蝕性能。
2.1 外部腐蝕實(shí)驗(yàn)：
a. 采用鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM G85-2 A3 的加速大氣腐蝕實(shí)驗(yàn)），對(duì)產(chǎn)品的釬焊?jìng)?cè)抗腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試。這也是目前應(yīng)用最廣泛，同時(shí)也是對(duì)汽車熱交換系統(tǒng)散熱器實(shí)際使用相關(guān)度研究最多的實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)樣件放置在鹽霧實(shí)驗(yàn)箱ASCOTT（S1000xp）內(nèi)，主體平面與垂直方向成15 o角。以pH為2.6～3.0，[Cl-]=0.56mol/L的模擬海水溶液為實(shí)驗(yàn)溶液，實(shí)驗(yàn)期間箱內(nèi)溫度為49±1 ℃ 恒溫，半小時(shí)溶液噴淋和1個(gè)半小時(shí)停留交替進(jìn)行，箱內(nèi)相對(duì)濕度≥98%。暴露實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，樣件定期取出進(jìn)行檢漏，判斷失效情況。
鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)中各個(gè)散熱器樣品的穿孔失效時(shí)間如圖1所示。三種非復(fù)合的1xxx純鋁和AA3003扁管組合的散熱器的使用壽命不超過(guò)兩天，復(fù)合扁管特別是長(zhǎng)壽命材料FA7805和FA7872復(fù)合扁管組合在鹽霧實(shí)驗(yàn)中的壽命超過(guò)40天。扁管材料的抗腐蝕性能至關(guān)重要。同時(shí)，翅片在腐蝕實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)扁管的犧牲保護(hù)作用可以進(jìn)一步延長(zhǎng)散熱器的使用壽命。
如圖2所示，非復(fù)合散熱器扁管在三天的鹽霧實(shí)驗(yàn)期間出現(xiàn)晶間腐蝕和小孔腐蝕，造成快速穿孔失效。而與非復(fù)合扁管焊接的翅片僅僅發(fā)生了輕微腐蝕，翅片未起到對(duì)扁管的犧牲保護(hù)作用。以AA3003為芯材的FA82A4復(fù)合扁管因搭配含鋅較高的翅片，得到較高的犧牲保護(hù)作用，從而延長(zhǎng)了其在鹽霧實(shí)驗(yàn)中的壽命。
b. 浸沒(méi)實(shí)驗(yàn)：扁管釬焊?jìng)?cè)表面經(jīng)過(guò)苛性鈉溶液蝕刻去除部分復(fù)合層后，在[Cl-]=0.56 mol/L的腐蝕溶液中浸沒(méi)。5小時(shí)浸沒(méi)后取出，以濃硝酸處理樣品表面，清洗并觀察表面形貌和橫截面顯微形貌如圖3所示。純鋁和3003的非復(fù)合及復(fù)合扁管均發(fā)生縱向深度點(diǎn)蝕，而兩種長(zhǎng)壽命復(fù)合管料卻僅僅表現(xiàn)出在表層范圍的橫向腐蝕。這是因?yàn)殚L(zhǎng)壽命材料在釬焊時(shí)，釬焊層與芯材之間形成的擴(kuò)散沉淀帶起到良好的犧牲保護(hù)作用。
2.2 內(nèi)部腐蝕實(shí)驗(yàn)
OY水溶液循環(huán)實(shí)驗(yàn)。以含有Cu2 ，F(xiàn)e，Cl-，SO42-等離子，pH＝3的鹽溶液在扁管內(nèi)部做定速循環(huán)流動(dòng)，反應(yīng)體系溫度在88℃ 高溫和室溫間定時(shí)切換。實(shí)驗(yàn)中定期觀察各個(gè)樣品的腐蝕形貌，并實(shí)施檢漏。如表4所示，復(fù)合扁管D，E和F都具備AA7072或FA6815合金的觸水側(cè)，這樣的觸水側(cè)復(fù)合層因含有一定的鋅合金元素而具有與芯材相比較低的電極電位，從而為芯材提供犧牲保護(hù)作用。三種復(fù)合扁管在24天的循環(huán)實(shí)驗(yàn)中均未發(fā)生穿孔失效。
3. 結(jié)論
實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕實(shí)驗(yàn)中，純鋁和AA3003的非復(fù)合材料因其釬焊?jìng)?cè)和觸水側(cè)的不良性能導(dǎo)致部件在實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕實(shí)驗(yàn)中過(guò)早穿孔失效。其在實(shí)際使用中將極易因腐蝕穿孔而失效，從而無(wú)法確保一年的壽命。同類材料不應(yīng)在散熱器中作為扁管使用。
高強(qiáng)度長(zhǎng)壽命復(fù)合材料FA7805 和FA7872（薩帕）作為散熱器扁管，表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗腐蝕性，并為材料的進(jìn)一步減薄與產(chǎn)品成本的持續(xù)降低提供可能。
同時(shí)恰當(dāng)?shù)某崞钆浣o予扁管犧牲腐蝕保護(hù)的作用，進(jìn)一步延長(zhǎng)散熱器的使用壽命。