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论搪瓷水箱的先天不足

大连希奥特阳光能源 2018-06-19 13:27:19


在国家倡导建设节约、节能、环保的大环境下,我国太阳能热水器产业步入稳步发展的阶段,基本形成了较为完善的产业体系。热水器内胆的制造工艺是热水器行业的重中之重,当前内胆材质中锰钢搪瓷内胆却成为主流,我们今天就此文谈一谈搪瓷层的特点。

搪瓷层:

优点:

搪瓷层的优点在于它能够耐酸、耐碱、耐磨、耐冲击,耐冷热急变而且具有良好的密着性,能够对内胆起到很好的保护作用。

搪瓷是一种复合型的玻璃质的材料,它的实质是硅化物。在生产的时候,会先将瓷釉涂在金属表面以后,然后通过加热使其熔融,最后通过冷却,让瓷釉均匀的凝固于金属材料表面,并且与金属材料紧密结合,产生一层致密的搪瓷层,将碳钢基体和水隔离起来,其实质就是阻止电解质溶液和金属材质的接触,从而起到阻止热水器内胆遭电化学腐蚀的作用。


缺点:

一、搪瓷缺陷难克服

目前,国内外搪瓷都存在漏搪、微孔、气泡等制造缺陷。搪瓷并不能将金属内胆完全遮蔽,不仅搪瓷表面存在肉眼不可见的微孔,而且内部也存在着各种各样的缺陷(如内胆钢板焊缝错位处,普通搪瓷很难处理好),对工艺技术和加工方式等要求也非常高,并且在生产线周转以及热水器成品的运输过程中,容易产生磕碰导致出现新的缺陷。

一般搪瓷层的厚度必须控制在0.15~0.50mm之间,太薄则搪瓷层被快速侵蚀,太厚则搪瓷层易在使用中的“水锤”冲击下开裂爆瓷。搪瓷储热水箱内胆抗“水锤”冲击的能力与设计和加工密切相关。所谓的“水锤”现象,就是指水箱中的水在冷热更替或热水使用一开一关的过程中水流发生的突然变化,这导致压强产生大幅度波动,水流冲击水箱内壁,产生的一种严重水击现象。

除了工艺因素,其他诸如设计因素—搪瓷钢板的厚度、屈服强度、内胆的直径以及封头/筒体的结构形式直接决定搪瓷储热水箱的抗压能力;加工因素—焊接的方式、焊接的质量以及筒体的圆度等决定了搪瓷储热水箱的抗压能力等都对搪瓷层的质量和可靠性具有直接的影响。

可见,涂搪工艺对技术、材质、设计和加工等各方面的要求均很高,即使是搪瓷技术非常好的厂家也承认搪瓷涂层的涂覆率不可能达到100%。因此,在搪瓷层的表面总是会存在着各种各样的工艺缺陷。

主要表现为:鳞爆、脱瓷、裂纹、气泡、针孔、发沸、厚薄不均、烧缩、烧生、焦边等等。尤其是鳞爆(Fishscale),被誉为搪瓷工艺中最危险的一类缺陷。不仅是因为其严重危害搪瓷制品的使用寿命,而且因为这类缺陷暴露往往具有滞后性,产品制成数天甚至数月后才产生,从而造成严重的质量声誉和经济上的巨大损失。所以搪瓷行业常称之为行业“癌症”,其原因就在于此。


鳞爆的形成:氢在搪烧温度下极易以原子形式溶解到钢板中去,当搪瓷制品冷却到室温时,钢板中的溶解氢达到过饱和,向钢板与搪瓷的界面扩散,并在界面的细孔处,原子氢重新结合形成分子氢。这些细孔可能是处于瓷层与金属界面的空穴或瓷层与金属之间结合不良的区域。如果这些氢气形成的界面压力达到破坏瓷层的临界值,搪瓷表面就会产生破裂,这种现象称作鳞爆。

鳞爆的原因:经过长期研究,现普遍采用由1940年扎普费(Zapfe, Sims)等人提出的“氢气学说”,即鳞爆是由搪瓷烧成后钢板中析出的气态氢的强大压力所引起的。

氢的来源:钢板酸洗过程中吸收的氢,粘土中水分、瓷釉中水分、搪烧炉中空气中的水分所产生的氢,钢材本身含有的氢,搪烧过程中吸收的氢等等。

一般钢材中的氢必须通过扩散作用达到积聚并达到较高压力才能形成鳞爆,且钢材的化学成分、组织状态对氢的吸收和积聚都有着十分重要的作用。但目前为止,还没有一种瓷釉可以保证完全解决所有的鳞爆敏感性强钢材的适应性问题。

鳞爆是生产搪瓷制品最可怕也最难以根治的缺陷。许多搪瓷技术工作者都进行了长期的研究,也取得了一些防治措施,虽然都不同程度地减少了鳞爆发生的比例,但没有哪一位敢说已攻克了鳞爆难题且没有任何副作用。在搪瓷制品中,从普通搪瓷水箱内胆、搪瓷浴盆到搪瓷反应罐,无论哪一品种和规格都会出现鳞爆现象,严重者涂搪后3 天内就会有大量的爆点出现,轻者几个月后才发现有少量分布较稀的爆点。每年都使许多厂家造成很大的经济损失。不同的钢板因氢扩散系数和储氢能力不同,抗搪瓷鳞爆的能力有较大的差异,因此选择鳞爆敏感性低的搪瓷专用钢板对提高水箱内胆的使用寿命非常重要,但也无法保证每批产品完全不产生鳞爆。

而且,搪瓷内胆的工艺过程还有很多其他的缺陷,如下表所示。因此,可以说搪瓷内胆的工艺技术无法做到完全成熟,质量稳定,这也是目前热水器的搪瓷水箱寿命偏低,且用于太阳能热水器的搪瓷水箱寿命更低的一个主要原因。


缺陷名称

现象

产生原因

气泡、针孔、黑点

瓷面呈现的小泡、针孔和黑点

1、钢坯表面处理不净,酸洗后未排净的污垢;

2、钢板中C、S、P等元素含量过高;3、釉浆中混入杂质;

4、烧成炉温掌握不当底釉烧生;

底部裂纹

底部瓷层炸裂

1、底部急冷;2、底部瓷釉过厚;3、底部承受过大外力;

焊接处裂纹

焊接处瓷层炸裂

1、焊接不平;2、焊点距离太远;3、焊接处粉层过厚;

鳞爆

瓷面呈现鳞状掉瓷(烧成时、烧成一周后或更久均可能出现)

1、钢板H、C、S、P、Si等元素含量过多;

2、酸液浓度高,酸洗时间长,温度高;

3、粘土质量差,杂质多;

4、炉温高,底釉局部烧焦;

5、环境空气中H含量过多;

瓷面发沸

瓷面出现明显的失光、起毛状的缺陷

1、由底釉的发沸引起面釉的发沸;

2、金属胚胎处理不净;

3、瓷釉熔融温度太低,涂塘好的瓷釉放置时间过长;

4、涂塘不均、干燥不充分、烧成温度过高或时间过短;

脱瓷

瓷釉成块地从金属胚胎上脱落。

1、烧成时间过短或者烧成温度太低;

2、金属胚胎表面处理不当(瓷层脱落往往因金属胚胎浸酸时间过长从而产生大量氢气泡);

3、瓷釉膨胀系数低,与金属基体膨胀系数相差过大;

4、瓷釉厚薄不均;


而且即使能够完全消除表面及内部的工艺缺陷,在制造传送过程中,搪瓷涂层也可能会因为受到震动或碰撞而受到损伤,且在长期使用过程中,水流冲刷和浸泡温度的剧烈变化,搪瓷涂层的自身老化等因素都可能使内胆的搪瓷涂层产生裂纹或是局部脱落。

当这些缺陷处的金属与水接触后,就会与内胆中其他完好涂覆搪瓷层的钢板形成腐蚀电池,裸露的内胆材料成为阳极,其他部分形成阴极,反而会加速裸露钢板的腐蚀。所以,为了弥补搪瓷涂层防腐效果的缺陷,就需要对热水器的搪瓷内胆进行额外的防腐保护。而目前最常用的措施就是牺牲阳极保护法。


二、牺牲阳极(镁棒)有后患

延长热水器寿命的可行方法之一就是用低电位金属棒作为牺牲阳极来保护太阳能热水器搪瓷内胆。通常用作牺牲阳极的材料有镁、铝、锌等活泼金属及其合金。在这三类阳极中,镁阳极的电位最低,开路电位为-1.60V至-1.75V,特别适合在高电阻率的环境(如淡水、土壤)中使用,这也使得金属镁成为热水器的首选牺牲阳极材料,但是不能认为有镁棒阳极保护就万事大吉,高枕无忧。镁棒防腐蚀带来额外的缺陷:

1.更换周期短:

镁棒防腐蚀寿命短,需频繁更换。阳极镁棒在内胆中成为消耗品,消耗的速度与被保护阴极的材料和面积、阳极和阴极的距离、水的酸碱度等有关。被保护的阴极面积越大,阳极与阴极的距离越近,水的酸碱度越高则阳极消耗就越快。加上热水器与牺牲阳极间无法做到完全的绝缘,因此镁阳极的寿命通常都达不到设计时的要求,

因此,根据一般的使用经验,为了确保牺牲阳极系统能够正常运作,作为牺牲阳极的镁合金大约每 1-2 年就需要更换一次,在某些特殊的地区甚至 2-3 个月就必须进行更换。

此外,有的热水器由于设计上的不足,阳极与电加热棒的距离太近,加热管电位过负,加剧垢层的形成,还会造成电加热棒表面厚厚的水垢,不仅加热效率大打折,扣而且电加热棒很快因过热烧断,极易引起热水器带电伤及人身安全。

2.需要定期检查,维护不便:

由于镁阳极棒安装在热水器水箱的内部,很多时候,由于设计上的不足,用户很难直接了解牺牲阳极的工作状态。因此,要确定牺牲阳极是否需要更换,就必须定期对牺牲阳极进行检查,这样的就会影响到用户日常的正常使用。而且,这种检查往往是盲目的,有可能阳极还不需要更换,又有可能阳极早已经消耗殆尽,内胆内壁已经出现了严重的腐蚀,需要整体更换。但镁棒的更换和维护非常麻烦,费时费力。实际上能够及时更换镁棒的用户极少。如果更换不及时就回带来意想不到的损害,金属材料得不到应有的保护,就可能产生内胆或电加热棒的穿孔,导致漏水、漏电、水淹居室等种种不安全事件的发生。

另外,即使能够及时更换镁棒,这也是一笔不少的花费。现在,有不少生产厂商都会向顾客提供内胆清洗和阳极更换的服务,但是要收取用户 60 元甚至更多的更换费用。如果热水器的平均寿命为 10 年,那么,如果每两年更换一次阳极,仅仅是在更换镁阳极这一项上的投入,用户就要付出 240 元的额外费用;而如果在某些每 2-3 个月就需要更换一次的特殊地区,那么每一年所要花费的更换费用就至少需要 240 元,10 年下来就是 2400 元,这个花费都能买几台新的热水器了。所以造成用户意见大:买热水器时已经付过钱了,为什么还要收费?因此,为了争取市场,需要企业免费为用户清洗内胆,更换镁棒,可这又增加了企业售后服务成本。

3.溶解物影响沐浴卫生,甚至危害人体健康:

镁合金阳极在牺牲溶解时所产生各种的絮状溶解物会对热水器内的水质造成污染。目前热水器厂家采用的镁牺牲阳极主要为镁铝合金,镁的含量占了 90%以上,而铝的含量一般为 3~7%,另外还有一些其他的微量元素。而镁在水中溶解时会生成氢氧化镁,氢氧化镁是水垢的主要成分。根据计算,每1克的镁大约能生成 2.4 克的氢氧化镁,可见使用镁牺牲阳极会增加热水器中出现水垢的可能。也正是因为这个原因才会在镁棒中加入少量的铝。因为铝在水中溶解时会产生絮状的氢氧化铝沉淀,并将水中的氢氧化镁吸附起来形成疏松的产物,这样就可以有效的避免氢氧化镁在加热器和内胆上形成致密的水垢,降低加热器的干烧损坏和内胆腐蚀的风险。但是,这种松散的絮状沉淀会影响沐浴的卫生质量,甚至有可能堵塞出水口,带来清洁上的麻烦;而且,人如果长期摄入铝离子会容易出现老年痴呆或者其他由于大脑受损而产生的疾病。因此,安装镁棒的热水器的热水,用来洗碗洗菜是不科学的,也是不卫生的。目前来看,即使用来洗浴,因为在镁棒防腐化学反应过程中产生絮状分解产物,影响洗浴卫生,对人体也会产生危害。 并且这些可转移的垢也会堵塞淋浴头,带来清洗上的麻烦。

锌阳极的电流效率可达95%,在热水器中,锌作为牺牲阳极通常是以热浸锌或电镀锌的形式,在热水器中使用锌要注意两个特殊问题:其一是锌在30℃以上的热水中产生极性逆转,变成阴极,不仅失去了原有的保护作用,反而会加速钢铁的腐蚀。

铝基牺牲阳极棒因为在水中容易钝化,不能起到阴极保护作用,所以很少在淡水中应用。曾见报道国内已研制出了高活化铝合金牺牲阳极材料,然而没有大规模推广应用,并且医学上已发现铝在大脑中的聚积与老年痴呆症有关,因此铝阳极在热水器中很少使用。

三、太阳能热水温度高,加速搪瓷溶解

目前国内太阳能搪瓷储热水箱使用的搪瓷粉,其关键指标是耐热水侵蚀性指标和卫生性能。热水温度越高,热水器的寿命就越短。有数据表明,搪瓷内胆水温从70℃开始,搪瓷的溶解速度将大大加快。电热水器的水温是可控的,一般不超过70℃,而太阳能热水器的水温不是完全可控的,太阳能热水温度经常高于70度,有时水温甚至会达到95℃甚至更高。在这种应用环境下,一些采用普通搪瓷粉的搪瓷内胆使用2年后钢板表面的搪瓷就消失了。所以太阳能搪瓷水箱寿命普遍很低。

四、太阳能搪瓷水箱寿命短

搪瓷水箱太阳能热水器的寿命主要取决于搪瓷内胆,因为一旦漏水或变形就无法修复,即意味着热水器寿命的终止。太阳能搪瓷水箱寿命无标准可依,承诺也就各不一样,在镁棒保护的前提下,有的承诺保用3年、5年,有的是8年,相差非常悬殊,搞得消费者糊里糊涂。实际上,很多搪瓷水箱企业为了市场需要,夸大宣传。如果把寿命承诺年限作为重要条款签入合同,恐怕敢于担保五年寿命的企业也寥寥无几。




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