转辙机内部电镀零件快速腐蚀问题的初探

段桂梅

(西安工业集团西安铁路信号有限责任公司，西安 710100)

1 概述

转辙机作为铁路道岔转换系统的动力执行单元，用来转换各种铁路道岔，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨和可动心轨，反映道岔尖轨和可动心轨位置状态。目前铁路道岔应用地域广泛，现场使用环境复杂，对转辙机及其零件的防腐性能要求较高。

转辙机内部零件大多采用电镀作为防腐手段，早期以镀锌为主，后因零件出现快速腐蚀现象，镀锌大部分被改成了镀铜镍铬。现今，除镀铜镍铬零件外，还有镀镍镀锌、电解钝化零件，这3 种零件仍然存在着偶尔批量出现快速腐蚀的现象，其特点是零件在镀后的存储过程中不会出现腐蚀，一旦组装到转辙机内，尤其是在地铁潮湿环境、沿海腐蚀环境中等特殊环境条件下易出现快速的腐蚀。根据部分铁路局电务段转辙机安装人员的经验，新转辙机到达安装现场后必须开盖放置一段时间以保持机内通风干燥，则出现快速腐蚀现象概率较低。

2 腐蚀环境分析

初看起来，这种快速腐蚀与电镀零件的质量有关，但仔细分析后，可以发现快速腐蚀与转辙机内部的环境有着很大的关系，因为转辙机是一个密闭结构。通过对已发生严重腐蚀的转辙机进行观察，发现开盖后的转辙机内有浓重的有机溶剂气味，箱体内部的零件和箱壁挂满了液体，如同刚刚水洗过的一般。初步怀疑这种快速腐蚀的起因是机箱内存在着高湿以及某些有机气氛。

一般而言，有机物对金属的腐蚀较少见。转辙机内部能够形成有机气氛，应当是某些有机材料具有挥发气体的作用。许多有机材料，如橡胶、涂料、木材、塑料等都可以挥发出有机气体，而在转辙机内部就存在着绝缘漆、橡胶、胶木和醇酸磁漆等有机材料。在对转辙机组装车间进行调查时发现，组装完成后的转辙机，可能存在油漆未完全干燥的情况下就进行上盖密封的情况。为了寻找产生快速腐蚀物质，进行了多项试验。

3 试验

3.1 试验样件

3 种试验样件分别为：Q235 钢件镀锌（Ep·Zn12·c2C）；QBe2-CY2 铍青铜件镀镍（Ep·Ni7）；QSn6.5-0.4Y 锡青铜件电解钝化（Et·P）。

3.2 模拟环境

经过对转辙机所使用的材料以及组装过程详细了解后，发现转辙机共使用了4 种有机材料，分别是用于转辙机箱内表面处理的C04-2 醇酸磁漆、用于密封的橡胶圈、用于接点片支撑的胶木底座、用于接点底座表面处理的丙烯酸绝缘漆。

试验中，先将剪碎的密封橡胶、砸碎的胶木、未干燥的醇酸磁漆和未干燥的绝缘漆，分别置于各自锥形瓶的底部，量以铺满瓶底为准；再将3 种试验样件悬于锥形瓶的中上部，加盖密封。模拟以上4 种有机气氛环境，在室温下存储。

3.3 检测分析

对转辙机内已发生严重腐蚀的电镀镍零件，用扫描电子显微镜进行表面微观形貌观察，利用其配备的能谱仪（EDS）分析腐蚀产物主要成分及含量。

4 结果与讨论

4.1 腐蚀结果

264 h 模拟环境试验后，样件表面状况分别为：在装有醇酸磁漆的锥形瓶中，镀锌件从第8 天开始出现点蚀并逐渐加重、镀镍件和电解钝化件第4 天开始出现变色和点蚀并逐渐加重；在装有其他3 种有机材料的锥形瓶中，样件表面均未出现腐蚀状况。其结果如表1，图1、2 所示。

表1 264 h后试样在四种有机气氛中的腐蚀情况Tab.1 Corrosion situation of samples in four organic atmospheres after 264 h

图1 在未干燥的醇酸磁漆气氛中放置264 h的宏观形貌Fig.1 Macro morphology of samples placed in a undried alkyd enamel atmosphere for 264 h

图2 在其余3种有机气氛中放置264 h的宏观形貌Fig.2 Macro morphology of samples placed in the other three types of organic atmospheres for 264 h

初步试验的结果表明，在未干燥的绝缘漆、胶木和橡胶等气氛中的试样未出现腐蚀，而在未干燥的醇酸磁漆气氛中，试样出现了严重的腐蚀，说明未干燥的醇酸磁漆气氛可能是快速腐蚀的主要原因。

醇酸磁漆一般由醇酸树脂、颜料、助剂和溶剂等构成，根据相关资料分析，醇酸磁漆可以挥发出多种有机物，其中乙酸气体引起了注意。在醇酸磁漆的稀释剂中，一般会有乙酸乙酯，挥发成气体的乙酸乙酯在潮湿的环境中，能发生如下水解反应：

C H3C O O C H2C H3+H2O →C H3C O O H+ CH3CH2OH

在水、氧气和乙酸的共同作用下，电镀层受到了腐蚀。为了验证推测，用同样的方法进行了模拟试验，结果如图3、4 所示。

试样在干燥的乙酸乙酯气氛中不发生腐蚀，试样和锥形瓶壁上没有液体；试样在潮湿的乙酸乙酯气氛中发生腐蚀，试样和锥形瓶壁上出现了液体，这和转辙机箱壁与零件上形成的液体一致。虽然试验结果表明在潮湿的乙酸乙酯气氛下零件会发生腐蚀，但腐蚀速度远没有现实中的快，也没有未干燥的醇酸磁漆气氛腐蚀试验的速度快，直到6 个月后才能观察到腐蚀现象，这种情况可能说明乙酸并不是主要的腐蚀物质。

图3 在潮湿的乙酸乙酯气氛中放置4 800 h的宏观形貌Fig.3 Macro morphology of samples placed in a moist alkyd enamel atmosphere for 4 800 h

图4 在干燥的乙酸乙酯气氛中放置4 800 h的宏观形貌Fig.4 Macro morphology of samples placed in a dry alkyd enamel atmosphere for 4 800 h

4.2 腐蚀产物

图5 为镀镍零件表面腐蚀产物的微观形貌和ESD 谱。从图5 可以看出镀镍层在腐蚀后会形成一层白色的腐蚀产物。由图5 可知，腐蚀产物主要成分为C、O 和Ni，其相对含量如表2 所示，其中Ni 为镀层成分。腐蚀产物不导电，所以推测可能是有机物，需要进一步做红外光谱测试，如图6 所示。

表2 腐蚀产物主要成分及含量Tab.2 Main composition and content of corrosion products

图6 中（a）为标准谱图，（b）为试样测试谱图，测试谱图与标准谱图对比分析，腐蚀产物为镍的甲酸盐，化学式为C2H2NiO4·（2H2O）。

EDS 和红外光谱分析结果表明，甲酸是主要的腐蚀物，其腐蚀镍镀层可表示为：

Ni+O2+H2O+2H COOH →Ni（H COO）2·XH2O

图5 腐蚀产物微观形貌和EDS谱Fig.5 Micro morphology and EDS spectrum of corrosion products

图6 红外线谱分析Fig.6 Infrared spectrum analysis

甲酸来源于C04-2 醇酸磁漆或是稀释剂。在试验过程中，发现用生产现场的醇酸磁漆做试验，重现性较差。一段时间内，试验的腐蚀很快，一段时间内，腐蚀又较慢，这可能是在生产上，不同时期使用了不同品牌或不同批次的醇酸磁漆以及稀释剂，也就是说，快速腐蚀与C04-2 醇酸磁漆及稀释剂的质量有一定的关系。事实上，完全实干的醇酸磁漆没有发现快速腐蚀现象，铁路局电务段将新转辙机开盖放置一段时间的经验，其实质是让机内的有机气氛逸出并让醇酸磁漆实干。综上所述，快速腐蚀的原因是在密闭的环境中，未实干的醇酸磁漆挥发出甲酸等有机物，在潮湿气体以及氧气的共同作用下，使转辙机内部的零件出现快速腐蚀。

转辙机在组装过程中没有时间使醇酸磁漆实干，在这种情况下，选用快干漆是一个好办法。选用两种快干漆，即环氧快干漆和聚氨酯快干漆，试验中模拟组装过程，结果没有出现任何快速腐蚀现象。

5 结论

醇酸磁漆是引起转辙机内部电镀零件快速腐蚀的有机材料。腐蚀物主要来源是醇酸磁漆或稀释剂中的甲酸等低级脂肪酸，其次可能有乙酸乙酯水解后的产物。

实际生产中，选用丙烯酸聚氨酯磁漆后，转辙机内电镀零件快速腐蚀现象消失。