摘 要:某批次铝合金易拉罐在灌装啤酒后发生了大范围的腐蚀泄漏现象,采用宏观观察、化学 成分分析和微观分析等方法对该铝合金易拉罐的泄漏原因进行了分析.结果表明:该易拉罐的内 涂膜质量欠佳,内涂膜上存在微裂纹、微小孔洞和微气泡等缺陷,使啤酒中的腐蚀性元素渗入铝合 金易拉罐基体上,导致罐体发生电化学腐蚀,直至穿透泄漏.

关键词:铝合金;易拉罐;泄漏;内涂膜;电化学腐蚀;腐蚀穿透

中图分类号:TG１４６．２＋１ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)１１Ｇ０８２６Ｇ０３

某啤酒厂采用某制罐厂生产的铝合金易拉罐来 灌装啤酒,其罐体材料为３１０４H１９铝合金,罐盖和 拉环材 料 为 ５１８２H１９ 铝 合 金[１].啤 酒 中 富 含 氯、 磷、硫等元素的有机络合酸,其pH 值约为４．２.罐 体内表面喷涂一层环氧树脂类保护涂层,为非导电 的透明薄膜.某批次的啤酒在经销商处出现了罐体 腐蚀,啤酒泄漏现象[２].

为查明该铝合金易拉罐泄漏的原因,对仓库现 场进行了勘察,并选取铝合金易拉罐组进行试验,选 取原则为:铝合金易拉罐组中必须有１~２罐为已发 生泄漏的,并且已泄漏的铝合金易拉罐放置在罐组 的近中间位置,其周围都未发生泄漏,或者说泄漏轻 微,从而保证铝合金易拉罐的泄漏是原发性的.对 铝合金易拉罐进行称量计数,初步了解啤酒泄漏情 况,对漏液严重的铝合金易拉罐进行热水试验,寻找 漏点,并做好标记.通过一系列的理化检验,笔者对 铝合金易拉罐的泄漏原因进行了分析,以期类似事 故不再发生.

１ 理化检验

１．１ 宏观观察

对发生泄漏的铝合金易拉罐进行宏观观察,漏 液严重的铝合金易拉罐可见明显孔洞和液体流过的 痕迹,几乎没有内压;漏液轻微的铝合金易拉罐内压 仍然很大,罐体未发现贯穿性孔洞.泄漏的易拉罐 身外侧都有不同程度的擦伤和碰伤的痕迹,可见凹 坑和折痕.易拉罐的罐盖内表面形 貌 如 图 １a)所 示,未发现发黑区域和腐蚀点,且没有漏气和漏液现 象;罐底内壁有极少的黑点,但未发现腐蚀孔洞;易 拉 罐的罐身内壁如图１b)所示,可见有较多的黑点和漏点,并且易拉罐身内壁黑点的位置和外部磕碰 擦伤的位置并不一致,说明罐身为铝合金易拉罐泄 漏的原发区和高发区.

１．２ 化学成分分析

铝合金易拉罐身的化学成分见表１,可见该铝 合金易拉罐身的化学成分符合 GB/T３１９０－２００８ «变形铝及铝合金化学成分»中对３１０４H１９铝合金 的技术要求.

１．３ 体视显微镜分析

在体视显微镜下观察该铝合金易拉罐内表面黑点 的形貌,如图２所示,可见罐身已经发生了腐蚀穿孔, 边缘部分可见点状腐蚀,其斑块状腐蚀区是由腐蚀点 连接而成的;在体视显微镜下还可见其内涂膜凸起.

１．４ 扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)分析

泄漏铝合金易拉罐内表面腐蚀区 SEM 形貌如 图３所示,可见其内表面腐蚀区呈片层状剥落,同时 存在内涂膜脱落的腐蚀圆点、内涂膜未完全脱落和 内涂膜还未脱落的鼓包,还可见腐蚀点开始都是独 立存在,在腐蚀的过程中逐渐连接成片,而未脱落的 内涂膜则分布着纵横裂纹.

对铝合金易拉罐内表面腐蚀区进行能谱分析, 结果如图４所示,可见腐蚀区残留物主要元素成分 为碳和氧,还含有硫、氯、磷等与腐蚀相关的元素[３].

图５所示 为 内 涂 膜 刚 刚 脱 落 一 部 分,铝 合 金 基体已经发 生 了 轻 微 腐 蚀 的 圆 形 腐 蚀 区,但 未 发 展为腐蚀穿孔.为确定是否是由内表面开始腐蚀 的,需要对该圆形腐蚀区对应的外表面进行观察. 因此首先需 要 对 该 圆 形 腐 蚀 区 进 行 精 确 定 位,此 处采用扎孔的方法,以孔洞为参照点来确定位置. 通过扎孔(三点确定一条直线)和直尺测量最终确 定了腐蚀圆孔对应的外表面的位置,图６a)为圆形 腐蚀区内表面形貌,图６b)为圆形腐蚀区对应的外 表面形貌,由图６可知,该腐蚀的产生是从内表面 开始的.

２ 分析与讨论

从以上理化检验结果可知,该铝合金易拉罐发 生腐蚀泄漏主要是由易拉罐内涂膜质量不佳引起 的.内涂膜上存在微裂纹、微小的孔洞和微气泡,在 啤酒灌入后,由于啤酒中含有腐蚀性较强的物质,特 别是含有穿透能力很强的氯元素,氯离子沿着罐体 内涂膜上的微裂纹、微小的孔洞和微气泡等缺陷渗 入到 铝 合 金 基 体 表 面.铝 合 金 基 体 中 的 FeAl２, CuAl２,AlＧFeＧSi等化合物均为阴极相质点,在腐蚀 性溶液中氯离子与阴极相周围的铝合金基体(阳极) 构成了腐蚀电池,从而发生电化学腐蚀,使阴极相质点周围 的 铝 合 金 基 体 (阳 极)发 生 溶 解,生 成 Al (OH)３ 沉淀,在随后干涸、脱水过程中转变为铝的 氧化物,在 铝 合 金 基 体 表 面 形 成 灰 色 的 腐 蚀 斑 点[４Ｇ５].铝合金易拉罐体中,杂质元素铜的含量偏 高,有加速铝材腐蚀的作用.在腐蚀过程中,随着铝的溶解,铜也随之溶入溶液,尤其是阴极相质点中铝 的 溶 解 使 铜 直 接 溶 入 溶 液,生 成 四 价 铜 离 子 Cu４＋[６].由于铜氧化还原电位很正,所以在铝合金 基体表面的阴级区位置还原析出,产生二次沉淀,从 而进一步加速铝的溶解,促进了铝质基体点蚀的产 生和 发 展. 由 于 该 铝 合 金 易 拉 罐 体 很 薄,仅 有 ０．３mm,因此该易拉罐体很快便被腐蚀穿透,导致 啤酒从易拉罐体中泄漏出来[７].

３ 结论及建议

该铝合金易拉罐的内涂膜质量欠佳,内涂膜上 存在微裂纹、微小孔洞和微气泡等缺陷,啤酒中的腐蚀性元素沿缺陷渗入铝合金易拉罐基体上,使罐体 发生电化学腐蚀,直至穿透泄漏.

建议严格控制铝合金易拉罐的内涂膜质量,在 灌装前对每一批次铝合金易拉罐的内涂膜进行抽样 检查.

参考文献:

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[２] 陈康敏,黄根良．铝质易拉罐泄漏原因分析[J]．理化 检验(物理分册),２００１,３７(５):２１６Ｇ２１８．

[３] 王东柱,李明．电除尘器极线腐蚀失效原因分析[J]． 理化检验(物理分册),２０１７,５３(３):２０１Ｇ２０３．

[４] 陈红梅,范常有,柳玉柱,等．Ce含 量 对 Al在 ３．５％ NaCl溶液 中 腐 蚀 行 为 影 响 的 研 究 [J]．稀 有 金 属, ２０１１,３５(５):６５７Ｇ６６１．

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[６] 路阳,袁利华,李文生,等．高铝青铜 CuＧ１４％A１ＧX 合 金在３．５％NaCl溶液中的腐蚀性能[J]．机械工程学 报,２００５,４１(９):４２Ｇ４５．

[７] 宋伟伟,王洁琼,黄巍,等．饮料金属包装用铝罐的腐 蚀研究[J]．全面腐蚀控制,２０１６,３０(５):７２Ｇ７４．

文章来源——材料与测试网