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当讨论开环铜管道系统时,脱锌一直是一个持续的话题。一个普遍的误解是,青铜阀门是防止脱锌的唯一可靠选择。然而,由于《安全饮用水法》对无铅要求的改变,额外的选择已经成为青铜的新的、可行的替代品。热处理,抗脱锌黄铜阀门正在成为工程界流行的指定产品。经过国际标准化组织(ISO) 6509测试,经热处理的抗脱锌黄铜阀门在抗腐蚀方面的性能与青铜一样好。
什么是脱锌?
铜基合金中可能发生多种形式的腐蚀。在管道系统中最常见的是脱锌。这一过程主要存在于锌含量超过15%的铜锌合金中。脱锌选择性地从合金中去除锌,留下多孔的富铜结构,机械强度差。
其他环境因素也有助于加速脱锌。这些因素包括含氧量和二氧化碳含量高的水、流动缓慢(停滞)的水、氯离子含量高的水和高于室温的高盐含量的水。1
在某些情况下,设计工程师和承包商在开始现场工作之前没有意识到恶劣的、预先存在的条件。然而,在管道系统完成后,可能会有许多可见的迹象表明,普通铜合金阀门脱锌的可能性更高。这些指标包括,但不限于,阀门外表面的矿物污渍,从阀体或阀杆密封中渗出的水,以及阀门外部存在白色沉积物(氧化锌)。
严格编写的阀门规范可以通过简单地要求适当的耐腐蚀铜基合金来帮助最大限度地减少这些潜在的故障。
黄铜如何变得耐腐蚀?
有两种制造方法可以消除铜基黄铜合金中的脱锌现象。首先是增加铜的含量,这导致合金中锌的减少。第二种做法是在黄铜合金中加入缓蚀剂。只有通过控制加热和慢冷却退火处理,第二次实践才能产生具有重新排列的分子结构的更强的材料。黄铜合金的分子结构通常有两相。第一个阶段是抗脱锌阶段,第二个阶段是易脱锌阶段。当黄铜合金通过热处理增强到全α相时,它们在抗脱锌方面的表现与青铜合金相同。
解决方案:热处理锻造黄铜
在商业管道行业热处理合金的一个例子是CW511L。这种双相黄铜是由α相和β相组成的无铅黄铜合金。α相和β相与黄铜合金中金属之间的溶解度有关,导致每一相的颜色和结构不同。由于热处理温度的变化,合金中的元素改变了它们的液体和固体状态,导致合金成分的重组。
α和β成分耐开裂,在高温下具有极强的延展性。图1.1和1.2显示了合金在热处理过程中的组织。白色圆圈表示alpha阶段,而黑色圆圈表示beta阶段。
如前所述,热处理的目的是将α相和β相转变为主要的α相(抗脱锌)。热处理后,图1.2显示了“零星的β相”,可见为黑点。新成分结构的α - β相比小于1%,产生了抗脱锌合金。在这一点上,β相现在被称为“残余β相”合金结构现在99%是α相。这留下了一个黄铜合金,现在是真正的脱锌抵抗。
图2显示了CW511L在热处理过程中的相变变化。这些变化可以通过合金中晶体的颜色和形状来区分。当合金完成热处理过程后,在显微镜下,黄铜的颜色会比青铜更显金色。但是,由于黄铜在1000华氏度下氧化,阀体表面会呈现青铜色。
图3是铜锌合金的结构图,描述了基于温度升高和锌的加权百分比的相变的影响。2当CW511L黄铜被加热到1000华氏度的温度时,实现了全α相。这种α状态是通过缓慢冷却退火过程在合金中保持的。当测试到ISO 6509标准时,最终结果是最佳的脱锌性能。
根据ISO 6509标准测试黄铜
ISO 6509是测定含锌铜合金在淡水、盐水或饮用水中脱锌深度的国际测试标准。该方法适用于锌质量分数超过15%的铜合金。3.
第三方ISO 6509测试探讨了铜基合金的脱锌敏感性,包括青铜和黄铜阀门。这个测试说明了每个阀门和相应合金的脱锌深度的差异。经测定,热处理后的CW511L黄铜脱锌深度为零微米,与青铜阀门的脱锌深度相当。其余未经热处理的黄铜阀门在深度超过200微米处出现脱锌现象,如图4所示。
这种脱锌水平高于基于ISO标准的可接受性能水平,认为它们不是真正的抗脱锌。试验结果证明,并非所有黄铜材料都是相同的,某些热处理黄铜合金在耐腐蚀性方面可以表现得与青铜一样好。
最后,管道系统的脱锌是一场持续的战斗,但青铜不是唯一的解决方案。新技术,比如Jomar阀经过热处理的CW511L黄铜合金,可以作为一种抗脱锌剂,同时提供更高的机械强度。该公司80年的制造经验使其能够提供具有成本效益的工程解决方案,其CW511L黄铜阀门。
引用:
1.“脱锌现象”。国际腐蚀工程师协会,2020年5月12日www.nace.org/resources/general-resources/corrosion-basics/group-2/dezincification.
2.铜锌合金:黄铜。“2003,www.totalmateria.com/page.aspx ? ID = CheckArticle&site = ktn&NM = 69
3.“ISO 6509 - 1:2014。”2019年9月12日,www.iso.org/standard/59999.html