铁铬铝电热合金丝表面生锈原因分析
陶科1,2)
1) 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京100083 2) 北京首钢吉泰安新材料有限公司, 北京102206
*作者电子邮箱：taoketaoke10@
摘要
在用铁铬铝电热合金光亮退火状态的细丝制做电热管时，经常发现电热丝表面局部锈蚀的情况，为搞清楚造成局部锈蚀的真正原因，本文对锈蚀的电热丝样品做扫描电镜分析。
分析结果表明，电热丝表面局部不光滑，存在形状和分布均不规则的凹坑缺陷是造成局部严重生锈的主要原因。
关键词铁铬铝合金丝; 生锈; 表面凹坑; 电化学腐蚀;
The cause of rustiness on the surface of FeCrAl resistance wire
TAO Ke1,2)
1)School of University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
2)Shou Gang Gitane New material Co. Ltd., Beijing 102206, China
*Corresponding author, E-mail:taoketaoke10@
ABSTRACT Some rustiness often be found on the surface of bright annealing FeCrAl wire on the progress of heater-manufacturing. In order to find what happened on the surface, we tested the rustiness on the surface with scanning electron microscope. The testing results indicate that there are some irregular pits on the rusted surface of the electrothermal wire, which may cause the rustiness.
KEY WORDS FeCrAl resistance wire; rustiness ; irregular pits;
铁铬铝电热合金在我国发展已经有半个多世纪的历史，作为一种经济高效的电热转换材料，目前已被广泛用于制作工业加热炉，民用电炉及各种家用小电器。
在各种家用电器中，较为广泛的一种用法是将电热合金丝用自动缠绕机缠绕成螺旋状的电炉条，经过超声波电解清洗脱脂后，在烘干炉中烘干，然后放入铝管或不锈钢管中，边震动边填入氧化镁粉，再经过压延，热处理等过程，制成电热管，装配在各种家用电器上作为电加热元件使用。
在实际生产过程中，经常发现电热合金表面局部位置有豆状锈点，存在这些锈点的电炉丝通常在装配使用后寿命大大缩短，严重影响电器的使用寿命。
搞清楚导致电热丝局部表面生成锈点的原因，就能够帮助我们找到解决的方法。
1 电热合金生锈样品的特点
1.1生锈电热合金样品的化学成分表1
采用ICP2000等离子光谱仪，对表面生锈的牌号为0Cr25Al5,丝径为φ0.40mm的光亮退火状态的电热丝样品进行化验，化验结果如表1
表1 表面生锈电热合金丝的主要化学成分
样品编号
C
Si Cr Al Fe 2
GB/T1234-95标准
成分
0.036%
≤0.06% 0.32% ≤0.6% 23.65%
23-25% 5.08% 4.5-6.5%
余量 余量
1.2生锈电热合金丝的低倍照片
图1
图1为×100倍情况下的生锈位置的照片，从照片可以看出，电热丝局部位置生锈比较严重，锈蚀产物集中在某个区域，与该区域相近的较大区域则没有生锈现象。
2 生锈样品的电镜分析 2.1电镜照片
图2 ×350倍 图3 ×600倍
图4 ×800倍
图5 ×1000倍
从扫描电镜不同放大倍率下的照片可以看出，在锈蚀密集的区域，电热丝表面存在不规则分布的形状大致沿电热丝轴向延伸的凹坑。
电热丝表面锈蚀反应的产物，生长在这些凹坑中，随凹坑的分布而分布，在凹坑之外的区域，哪怕是凹坑边缘，也基本不存在锈蚀现象。
2.2生锈区域的能谱分析
能谱分析结果表明，在生锈区域的凹坑里面，存在Al、Cr、Fe、O及少量的Na和Cl。
3 对测试结果的分析
从测试结果可以看出，在严重发生锈蚀的区域，电热丝表面明显存在凹坑缺陷，锈蚀产物集中分布于凹坑中。
电热丝在热轧、冷拉及热处理过程中，表面因热轧坯氧化物压入或机械力作用，形成了表面凹坑，这些凹坑的存在，使得拉拔润滑剂、脱脂清洗剂及丝表面脱落的合金粉末更容易在该区域聚集。
由于这些污垢与合金基体之间存在电位差异，当置于潮湿空气中吸附水后，这些在凹坑中的污物与水相溶又形成了电解质溶液，从而在凹坑位置形成了微电池，造成了凹坑位置的电化学腐蚀（主要是吸氧腐蚀），迅速生出铁锈。
主要化学反应式：
Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑
O
2+2H
2
O+4eˉ→4OHˉ
2Fe+O
2+2H
2
O=2Fe(OH)
2
2H++2eˉ→H
2
4 结论
(1)生锈的电热合金丝经化验，其化学成分完全符合电热合金相关的标准，不是电热合金化学成分问题造成了生锈。
(2)电热合金丝表面豆状锈点，集中在表面存在凹坑缺陷的区域。
由于在大气中吸附水，在凹坑区域形成微电池，造成电化学腐蚀，生成黄色的铁锈。
(3)减少电热丝表面凹坑缺陷，避免电热合金丝吸水受潮，应是避免铁铬铝电热合金丝表面锈蚀的有效途径。
参考文献
[1] Wei Z B, Zhou J W, Yao Y.Metal Washing Technology. Medical Industry Press, 2003
（魏竹波, 周继维, 姚瑶. 金属清洗技术. 化学工业出版社, 2003）
[2]Cao C N.Principles of corrosion electrochemistry. Chemical Industry Press,2010
（曹楚南.腐蚀电化学原理.北京：化学工业出版社，2010）。