摘 要:某批次鋁合金易拉罐在灌裝啤酒后發(fā)生了大范圍的腐蝕泄漏現(xiàn)象,采用宏觀觀察、化學(xué) 成分分析和微觀分析等方法對(duì)該鋁合金易拉罐的泄漏原因進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:該易拉罐的內(nèi) 涂膜質(zhì)量欠佳,內(nèi)涂膜上存在微裂紋、微小孔洞和微氣泡等缺陷,使啤酒中的腐蝕性元素滲入鋁合 金易拉罐基體上,導(dǎo)致罐體發(fā)生電化學(xué)腐蝕,直至穿透泄漏. 

關(guān)鍵詞:鋁合金;易拉罐;泄漏;內(nèi)涂膜;電化學(xué)腐蝕;腐蝕穿透 

中圖分類號(hào):TG１４６．２＋１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１８)１１Ｇ０８２６Ｇ０３

某啤酒廠采用某制罐廠生產(chǎn)的鋁合金易拉罐來 灌裝啤酒,其罐體材料為３１０４H１９鋁合金,罐蓋和 拉環(huán)材 料 為 ５１８２H１９ 鋁 合 金[１].啤 酒 中 富 含 氯、 磷、硫等元素的有機(jī)絡(luò)合酸,其pH 值約為４．２.罐 體內(nèi)表面噴涂一層環(huán)氧樹脂類保護(hù)涂層,為非導(dǎo)電 的透明薄膜.某批次的啤酒在經(jīng)銷商處出現(xiàn)了罐體 腐蝕,啤酒泄漏現(xiàn)象[２].

為查明該鋁合金易拉罐泄漏的原因,對(duì)倉庫現(xiàn) 場(chǎng)進(jìn)行了勘察,并選取鋁合金易拉罐組進(jìn)行試驗(yàn),選 取原則為:鋁合金易拉罐組中必須有１~２罐為已發(fā) 生泄漏的,并且已泄漏的鋁合金易拉罐放置在罐組 的近中間位置,其周圍都未發(fā)生泄漏,或者說泄漏輕 微,從而保證鋁合金易拉罐的泄漏是原發(fā)性的.對(duì) 鋁合金易拉罐進(jìn)行稱量計(jì)數(shù),初步了解啤酒泄漏情 況,對(duì)漏液嚴(yán)重的鋁合金易拉罐進(jìn)行熱水試驗(yàn),尋找 漏點(diǎn),并做好標(biāo)記.通過一系列的理化檢驗(yàn),筆者對(duì) 鋁合金易拉罐的泄漏原因進(jìn)行了分析,以期類似事 故不再發(fā)生. 

１ 理化檢驗(yàn) 

１．１ 宏觀觀察

對(duì)發(fā)生泄漏的鋁合金易拉罐進(jìn)行宏觀觀察,漏 液嚴(yán)重的鋁合金易拉罐可見明顯孔洞和液體流過的 痕跡,幾乎沒有內(nèi)壓;漏液輕微的鋁合金易拉罐內(nèi)壓 仍然很大,罐體未發(fā)現(xiàn)貫穿性孔洞.泄漏的易拉罐 身外側(cè)都有不同程度的擦傷和碰傷的痕跡,可見凹 坑和折痕.易拉罐的罐蓋內(nèi)表面形 貌 如 圖 １a)所 示,未發(fā)現(xiàn)發(fā)黑區(qū)域和腐蝕點(diǎn),且沒有漏氣和漏液現(xiàn) 象;罐底內(nèi)壁有極少的黑點(diǎn),但未發(fā)現(xiàn)腐蝕孔洞;易 拉 罐的罐身內(nèi)壁如圖１b)所示,可見有較多的黑點(diǎn)和漏點(diǎn),并且易拉罐身內(nèi)壁黑點(diǎn)的位置和外部磕碰 擦傷的位置并不一致,說明罐身為鋁合金易拉罐泄 漏的原發(fā)區(qū)和高發(fā)區(qū). 

１．２ 化學(xué)成分分析

鋁合金易拉罐身的化學(xué)成分見表１,可見該鋁 合金易拉罐身的化學(xué)成分符合 GB/T３１９０－２００８ «變形鋁及鋁合金化學(xué)成分»中對(duì)３１０４H１９鋁合金 的技術(shù)要求.

１．３ 體視顯微鏡分析 

在體視顯微鏡下觀察該鋁合金易拉罐內(nèi)表面黑點(diǎn) 的形貌,如圖２所示,可見罐身已經(jīng)發(fā)生了腐蝕穿孔, 邊緣部分可見點(diǎn)狀腐蝕,其斑塊狀腐蝕區(qū)是由腐蝕點(diǎn) 連接而成的;在體視顯微鏡下還可見其內(nèi)涂膜凸起.

１．４ 掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析 

泄漏鋁合金易拉罐內(nèi)表面腐蝕區(qū) SEM 形貌如 圖３所示,可見其內(nèi)表面腐蝕區(qū)呈片層狀剝落,同時(shí) 存在內(nèi)涂膜脫落的腐蝕圓點(diǎn)、內(nèi)涂膜未完全脫落和 內(nèi)涂膜還未脫落的鼓包,還可見腐蝕點(diǎn)開始都是獨(dú) 立存在,在腐蝕的過程中逐漸連接成片,而未脫落的 內(nèi)涂膜則分布著縱橫裂紋.

對(duì)鋁合金易拉罐內(nèi)表面腐蝕區(qū)進(jìn)行能譜分析, 結(jié)果如圖４所示,可見腐蝕區(qū)殘留物主要元素成分 為碳和氧,還含有硫、氯、磷等與腐蝕相關(guān)的元素[３].

圖５所示 為 內(nèi) 涂 膜 剛 剛 脫 落 一 部 分,鋁 合 金 基體已經(jīng)發(fā) 生 了 輕 微 腐 蝕 的 圓 形 腐 蝕 區(qū),但 未 發(fā) 展為腐蝕穿孔.為確定是否是由內(nèi)表面開始腐蝕 的,需要對(duì)該圓形腐蝕區(qū)對(duì)應(yīng)的外表面進(jìn)行觀察. 因此首先需 要 對(duì) 該 圓 形 腐 蝕 區(qū) 進(jìn) 行 精 確 定 位,此 處采用扎孔的方法,以孔洞為參照點(diǎn)來確定位置. 通過扎孔(三點(diǎn)確定一條直線)和直尺測(cè)量最終確 定了腐蝕圓孔對(duì)應(yīng)的外表面的位置,圖６a)為圓形 腐蝕區(qū)內(nèi)表面形貌,圖６b)為圓形腐蝕區(qū)對(duì)應(yīng)的外 表面形貌,由圖６可知,該腐蝕的產(chǎn)生是從內(nèi)表面 開始的.

２ 分析與討論

從以上理化檢驗(yàn)結(jié)果可知,該鋁合金易拉罐發(fā) 生腐蝕泄漏主要是由易拉罐內(nèi)涂膜質(zhì)量不佳引起 的.內(nèi)涂膜上存在微裂紋、微小的孔洞和微氣泡,在 啤酒灌入后,由于啤酒中含有腐蝕性較強(qiáng)的物質(zhì),特 別是含有穿透能力很強(qiáng)的氯元素,氯離子沿著罐體 內(nèi)涂膜上的微裂紋、微小的孔洞和微氣泡等缺陷滲 入到 鋁 合 金 基 體 表 面.鋁 合 金 基 體 中 的 FeAl２, CuAl２,AlＧFeＧSi等化合物均為陰極相質(zhì)點(diǎn),在腐蝕 性溶液中氯離子與陰極相周圍的鋁合金基體(陽極) 構(gòu)成了腐蝕電池,從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕,使陰極相質(zhì)點(diǎn)周圍 的 鋁 合 金 基 體 (陽 極)發(fā) 生 溶 解,生 成 Al (OH)３ 沉淀,在隨后干涸、脫水過程中轉(zhuǎn)變?yōu)殇X的 氧化物,在 鋁 合 金 基 體 表 面 形 成 灰 色 的 腐 蝕 斑 點(diǎn)[４Ｇ５].鋁合金易拉罐體中,雜質(zhì)元素銅的含量偏 高,有加速鋁材腐蝕的作用.在腐蝕過程中,隨著鋁的溶解,銅也隨之溶入溶液,尤其是陰極相質(zhì)點(diǎn)中鋁 的 溶 解 使 銅 直 接 溶 入 溶 液,生 成 四 價(jià) 銅 離 子 Cu４＋[６].由于銅氧化還原電位很正,所以在鋁合金 基體表面的陰級(jí)區(qū)位置還原析出,產(chǎn)生二次沉淀,從 而進(jìn)一步加速鋁的溶解,促進(jìn)了鋁質(zhì)基體點(diǎn)蝕的產(chǎn) 生和 發(fā) 展. 由 于 該 鋁 合 金 易 拉 罐 體 很 薄,僅 有 ０．３mm,因此該易拉罐體很快便被腐蝕穿透,導(dǎo)致 啤酒從易拉罐體中泄漏出來[７]. 

３ 結(jié)論及建議 

該鋁合金易拉罐的內(nèi)涂膜質(zhì)量欠佳,內(nèi)涂膜上 存在微裂紋、微小孔洞和微氣泡等缺陷,啤酒中的腐蝕性元素沿缺陷滲入鋁合金易拉罐基體上,使罐體 發(fā)生電化學(xué)腐蝕,直至穿透泄漏. 

建議嚴(yán)格控制鋁合金易拉罐的內(nèi)涂膜質(zhì)量,在 灌裝前對(duì)每一批次鋁合金易拉罐的內(nèi)涂膜進(jìn)行抽樣 檢查. 

參考文獻(xiàn): 

[１] 黃瑞銀,尹志民,廖明順．３１０４易拉罐體用鋁合金制 備技術(shù)研究進(jìn)展[J]．鋁加工,２０１１(４):４Ｇ８． 

[２] 陳康敏,黃根良．鋁質(zhì)易拉罐泄漏原因分析[J]．理化 檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),２００１,３７(５):２１６Ｇ２１８． 

[３] 王東柱,李明．電除塵器極線腐蝕失效原因分析[J]． 理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),２０１７,５３(３):２０１Ｇ２０３． 

[４] 陳紅梅,范常有,柳玉柱,等．Ce含 量 對(duì) Al在 ３．５％ NaCl溶液 中 腐 蝕 行 為 影 響 的 研 究 [J]．稀 有 金 屬, ２０１１,３５(５):６５７Ｇ６６１． 

[５] 夏曉健,張孔林,林德源．電流互感器鋁合金法蘭開 裂失效分析[J]．理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),２０１７,５３(１０): ７５４Ｇ７５６． 

[６] 路陽,袁利華,李文生,等．高鋁青銅 CuＧ１４％A１ＧX 合 金在３．５％NaCl溶液中的腐蝕性能[J]．機(jī)械工程學(xué) 報(bào),２００５,４１(９):４２Ｇ４５． 

[７] 宋偉偉,王潔瓊,黃巍,等．飲料金屬包裝用鋁罐的腐 蝕研究[J]．全面腐蝕控制,２０１６,３０(５):７２Ｇ７４． 

文章來源——材料與測(cè)試網(wǎng)