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嘉峪檢測網(wǎng) 2018-12-05 18:02
事件背景
某啤酒廠采用某制罐廠生產(chǎn)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(huán)材料為5182H19鋁合金。啤酒中富含氯、磷、硫等元素的有機絡(luò)合酸,其pH值約為4.2。罐體內(nèi)表面噴涂一層環(huán)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(jīng)銷商處出現(xiàn)了罐體腐蝕,啤酒泄漏現(xiàn)象。
現(xiàn)場勘查
為查明該鋁合金易拉罐泄漏的原因,對倉庫現(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)性的。
對鋁合金易拉罐進行稱量計數(shù),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。
理化檢驗
1、宏觀觀察
對發(fā)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(nèi)壓;漏液輕微的鋁合金易拉罐內(nèi)壓仍然很大,罐體未發(fā)現(xiàn)貫穿性孔洞。泄漏的易拉罐身外側(cè)都有不同程度的擦傷和碰傷的痕跡,可見凹坑和折痕。
圖1 泄漏易拉罐內(nèi)表面宏觀形貌
易拉罐的罐蓋內(nèi)表面形貌如圖1a)所示,未發(fā)現(xiàn)發(fā)黑區(qū)域和腐蝕點,且沒有漏氣和漏液現(xiàn)象;罐底內(nèi)壁有極少的黑點,但未發(fā)現(xiàn)腐蝕孔洞;易拉罐的罐身內(nèi)壁如圖1b)所示,可見有較多的黑點和漏點,并且易拉罐身內(nèi)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(fā)區(qū)和高發(fā)區(qū)。
2、化學成分分析
表1 泄漏易拉罐身化學成分(質(zhì)量分數(shù))
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/T 3190-2008«變形鋁及鋁合金化學成分»中對3104H19鋁合金的技術(shù)要求。
3、體視顯微鏡分析
圖2 泄漏易拉罐身內(nèi)表面腐蝕穿孔的宏觀形貌
在體視顯微鏡下觀察該鋁合金易拉罐內(nèi)表面黑點的形貌,如圖2所示,可見罐身已經(jīng)發(fā)生了腐蝕穿孔,邊緣部分可見點狀腐蝕,其斑塊狀腐蝕區(qū)是由腐蝕點連接而成的;在體視顯微鏡下還可見其內(nèi)涂膜凸起。
4、掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析
圖3 易拉罐內(nèi)表面腐蝕區(qū)SEM形貌
泄漏鋁合金易拉罐內(nèi)表面腐蝕區(qū)SEM形貌如圖3所示,可見其內(nèi)表面腐蝕區(qū)呈片層狀剝落,同時存在內(nèi)涂膜脫落的腐蝕圓點、內(nèi)涂膜未完全脫落和內(nèi)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(nèi)涂膜則分布著縱橫裂紋。
圖4 易拉罐內(nèi)表面腐蝕區(qū)EDS分析結(jié)果
對鋁合金易拉罐內(nèi)表面腐蝕區(qū)進行能譜分析,結(jié)果如圖4所示,可見腐蝕區(qū)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(guān)的元素。
圖5 鋁合金易拉罐內(nèi)涂膜脫落形貌
圖5所示為內(nèi)涂膜剛剛脫落一部分,鋁合金基體已經(jīng)發(fā)生了輕微腐蝕的圓形腐蝕區(qū),但未發(fā)展為腐蝕穿孔。為確定是否是由內(nèi)表面開始腐蝕的,需要對該圓形腐蝕區(qū)對應(yīng)的外表面進行觀察。因此首先需要對該圓形腐蝕區(qū)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。
圖6 鋁合金易拉罐圓形腐蝕區(qū)定位形貌
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(yīng)的外表面的位置,圖6a)為圓形腐蝕區(qū)內(nèi)表面形貌,圖6b)為圓形腐蝕區(qū)對應(yīng)的外表面形貌,由圖6可知,該腐蝕的產(chǎn)生是從內(nèi)表面開始的。
分析與討論
從以上理化檢驗結(jié)果可知,該鋁合金易拉罐發(fā)生腐蝕泄漏主要是由易拉罐內(nèi)涂膜質(zhì)量不佳引起的。
內(nèi)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(zhì),特別是含有穿透能力很強的氯元素,氯離子沿著罐體內(nèi)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,Al-Fe-Si等化合物均為陰極相質(zhì)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(gòu)成了腐蝕電池,從而發(fā)生電化學腐蝕,使陰極相質(zhì)的溶解,銅也隨之溶入溶液,尤其是陰極相質(zhì)點中鋁的溶解使銅直接溶入溶液,生成四價銅離子Cu4+。
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(qū)位置還原析出,產(chǎn)生二次沉淀,從而進一步加速鋁的溶解,促進了鋁質(zhì)基體點蝕的產(chǎn)生和發(fā)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。
結(jié)論及建議
該鋁合金易拉罐的內(nèi)涂膜質(zhì)量欠佳,內(nèi)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(fā)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(nèi)涂膜質(zhì)量,在灌裝前對每一批次鋁合金易拉罐的內(nèi)涂膜進行抽樣檢查。








來源:張麗民