摘 要:某批次鋁合金易拉罐在灌裝啤酒后發生了大范圍的腐蝕泄漏現象,采用宏觀觀察、化學 成分分析和微觀分析等方法對該鋁合金易拉罐的泄漏原因進行了分析.結果表明:該易拉罐的內 涂膜質量欠佳,內涂膜上存在微裂紋、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,導致罐體發生電化學腐蝕,直至穿透泄漏.

關鍵詞:鋁合金;易拉罐;泄漏;內涂膜;電化學腐蝕;腐蝕穿透

中圖分類號:TG１４６．２＋１ 文獻標志碼:B 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)１１Ｇ０８２６Ｇ０３

某啤酒廠采用某制罐廠生產的鋁合金易拉罐來 灌裝啤酒,其罐體材料為３１０４H１９鋁合金,罐蓋和 拉環材 料 為 ５１８２H１９ 鋁 合 金[１].啤 酒 中 富 含 氯、 磷、硫等元素的有機絡合酸,其pH 值約為４．２.罐 體內表面噴涂一層環氧樹脂類保護涂層,為非導電 的透明薄膜.某批次的啤酒在經銷商處出現了罐體 腐蝕,啤酒泄漏現象[２].

為查明該鋁合金易拉罐泄漏的原因,對倉庫現 場進行了勘察,并選取鋁合金易拉罐組進行試驗,選 取原則為:鋁合金易拉罐組中必須有１~２罐為已發 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性的.對 鋁合金易拉罐進行稱量計數,初步了解啤酒泄漏情 況,對漏液嚴重的鋁合金易拉罐進行熱水試驗,尋找 漏點,并做好標記.通過一系列的理化檢驗,筆者對 鋁合金易拉罐的泄漏原因進行了分析,以期類似事 故不再發生.

１ 理化檢驗

１．１ 宏觀觀察

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

１．２ 化學成分分析

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

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表面黑點 的形貌,如圖２所示,可見罐身已經發生了腐蝕穿孔, 邊緣部分可見點狀腐蝕,其斑塊狀腐蝕區是由腐蝕點 連接而成的;在體視顯微鏡下還可見其內涂膜凸起.

１．４ 掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析

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

對鋁合金易拉罐內表面腐蝕區進行能譜分析, 結果如圖４所示,可見腐蝕區殘留物主要元素成分 為碳和氧,還含有硫、氯、磷等與腐蝕相關的元素[３].

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

２ 分析與討論

從以上理化檢驗結果可知,該鋁合金易拉罐發 生腐蝕泄漏主要是由易拉罐內涂膜質量不佳引起 的.內涂膜上存在微裂紋、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的物質,特 別是含有穿透能力很強的氯元素,氯離子沿著罐體 內涂膜上的微裂紋、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點,在腐蝕 性溶液中氯離子與陰極相周圍的鋁合金基體(陽極) 構成了腐蝕電池,從而發生電化學腐蝕,使陰極相質點周圍 的 鋁 合 金 基 體 (陽 極)發 生 溶 解,生 成 Al (OH)３ 沉淀,在隨后干涸、脫水過程中轉變為鋁的 氧化物,在 鋁 合 金 基 體 表 面 形 成 灰 色 的 腐 蝕 斑 點[４Ｇ５].鋁合金易拉罐體中,雜質元素銅的含量偏 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,尤其是陰極相質點中鋁 的 溶 解 使 銅 直 接 溶 入 溶 液,生 成 四 價 銅 離 子 Cu４＋[６].由于銅氧化還原電位很正,所以在鋁合金 基體表面的陰級區位置還原析出,產生二次沉淀,從 而進一步加速鋁的溶解,促進了鋁質基體點蝕的產 生和 發 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,導致 啤酒從易拉罐體中泄漏出來[７].

３ 結論及建議

該鋁合金易拉罐的內涂膜質量欠佳,內涂膜上 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 發生電化學腐蝕,直至穿透泄漏.

建議嚴格控制鋁合金易拉罐的內涂膜質量,在 灌裝前對每一批次鋁合金易拉罐的內涂膜進行抽樣 檢查.

參考文獻:

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文章來源——材料與測試網