噴氣燃料腐蝕試驗(yàn)快速檢測(cè)研究

文/孔世希 畢戩旭 田 野

腐蝕試驗(yàn)不合格的噴氣燃料會(huì)縮短發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械設(shè)備的壽命，造成經(jīng)濟(jì)損失；存儲(chǔ)時(shí)腐蝕油罐，造成管線銹蝕、滲漏；腐蝕油泵或影響其揚(yáng)塵，影響油庫(kù)的收發(fā)能力，同時(shí)嚴(yán)重影響油料管理部門的工作。而現(xiàn)有的油料管理規(guī)范中，在油料的接收、存儲(chǔ)和發(fā)送中必須進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，同時(shí)規(guī)定在接收化驗(yàn)中，必須逐罐化驗(yàn)，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試驗(yàn)（銀片腐蝕、銅片腐蝕）試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重滯后了油庫(kù)的油料接收工作。針對(duì)腐蝕試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)及結(jié)果評(píng)定的方式，展開(kāi)了大量腐蝕快速檢測(cè)的研究及腐蝕結(jié)果評(píng)定改進(jìn)的研究，本文對(duì)現(xiàn)行的腐蝕試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比，并展望了腐蝕快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

一、腐蝕快速檢測(cè)及結(jié)果評(píng)定研究現(xiàn)狀

1.標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試驗(yàn)方法

液體燃料腐蝕試驗(yàn)是直接用金屬片檢查液體燃料對(duì)金屬有無(wú)腐蝕性，它是檢查液體燃料中游離硫和活性硫化物的定性試驗(yàn)方法。腐蝕試驗(yàn)原理相同，均以磨光、洗凈、晾干的金屬片浸入定量的試油中，在規(guī)定的溫度下保持一段時(shí)間后，取出金屬片進(jìn)行洗滌，并與腐蝕標(biāo)準(zhǔn)色板或未試驗(yàn)金屬片比較，觀察金屬片的顏色變化，判斷有無(wú)腐蝕性。腐蝕試驗(yàn)主要有銅片腐蝕、銀片腐蝕試驗(yàn)。對(duì)噴氣燃料而言根據(jù)GB/T5096的規(guī)定，銅片腐蝕試驗(yàn)條件為試油30m l，溫度100℃，試驗(yàn)時(shí)間2h；目前國(guó)內(nèi)外一些發(fā)動(dòng)機(jī)燃油泵采用鍍銀附件，以改善其抗磨性能，延長(zhǎng)使用時(shí)間，因此噴氣燃料還需要進(jìn)行銀片腐蝕試驗(yàn)，根據(jù)SH/T0023-90的規(guī)定，試驗(yàn)條件為試油250m l，溫度50℃，試驗(yàn)時(shí)間4h。

由于標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)果評(píng)定以肉眼觀測(cè)金屬片的腐蝕程度確定腐蝕級(jí)別存在人為誤差，因此展開(kāi)了腐蝕試驗(yàn)的快速檢測(cè)研究及結(jié)果評(píng)定方式改進(jìn)的研究。目前主要的研究方法有原電池法、電解池法、微波加熱法、圖像處理法、阻抗譜法。其中前三種方法是針對(duì)噴氣燃料的銀片腐蝕，圖像處理法是對(duì)腐蝕的結(jié)果評(píng)定方式進(jìn)行改進(jìn)，阻抗譜法目前主要用于對(duì)銅片腐蝕快速檢測(cè)進(jìn)行研究。

2.原電池法

在不對(duì)儀器做改進(jìn)的情況下可通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)溫度，并調(diào)整循環(huán)水流速至最佳狀態(tài)，使腐蝕性物質(zhì)（主要是活性硫化物）與試驗(yàn)銀片維持合適的作用時(shí)間，同時(shí)將pH值調(diào)整至較低，增加體系中鹽的濃度，選擇一種物質(zhì)使之與銀片構(gòu)成原電池等措施來(lái)加速銀片的腐蝕。

基于原電池的原理，通過(guò)選擇元素周期表中銀后面的金屬或惰性電極（選擇鉑、金、石墨）作為陰極與銀片作為陽(yáng)極構(gòu)成原電池，在將試驗(yàn)溫度提升到80±1℃時(shí)，能在50分鐘內(nèi)得到判斷結(jié)果。油料部基于此研究頒布了噴氣燃料銀片腐蝕原電池快速實(shí)驗(yàn)法，該方法的過(guò)程如下：取250m l試油，將連有電極的打磨好的銀片放入腐蝕測(cè)定儀中，水浴溫度控制在80±1℃，調(diào)節(jié)水流數(shù)度為510m l/m in，50分鐘后，根據(jù)銀片表面顏色變化評(píng)定腐蝕級(jí)別，該方法有效地縮短了銀片腐蝕實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。

3.電解池法

基于點(diǎn)解池的原理，研究溫度、電壓和溶劑對(duì)銀片腐蝕速度的影響，并通過(guò)試驗(yàn)探索得出試油中加入試油體積30%的極性溶劑無(wú)水乙醇，增強(qiáng)整個(gè)測(cè)定體系的極性和導(dǎo)電能力，在外加直流15V電壓，水浴溫度50±1℃時(shí)可顯著加速銀片腐蝕的速度，可將腐蝕試驗(yàn)縮短至40分鐘左右。油料部基于此研究頒布了噴氣燃料銀片腐蝕電解池快速試驗(yàn)法。該方法的過(guò)程如下：在研制的專用儀器上，將金屬浴溫度控制在50±1℃，將兩塊銀片打磨后放入加有(15±0.1)V的電極上，浸入到10m l試油和3m l無(wú)水乙醇的混合液中，試驗(yàn)30分鐘后，通過(guò)腐蝕嚴(yán)重的銀片表面顏色變化評(píng)定腐蝕級(jí)別。

4.微波法

通過(guò)在噴氣燃料樣品中添加微波吸收劑的方式，將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于對(duì)噴氣燃料的加熱過(guò)程，顯著地縮短了噴氣燃料腐蝕試驗(yàn)的時(shí)間。該方法的基本原理是在微波中加速體系的升溫過(guò)程，由于噴氣燃料本身主要為非極性的烴類物質(zhì)，通過(guò)選擇合適的極性微波吸收劑二縮三乙二醇，加速腐蝕的過(guò)程，縮短腐蝕實(shí)驗(yàn)的時(shí)間至10分鐘得出腐蝕評(píng)級(jí)。試驗(yàn)過(guò)程主要是將一定量的試油及試油量12%的二縮三乙二醇倒入帶磨口的玻璃瓶，將微波爐調(diào)至中火力，10分鐘后通過(guò)銀片表面顏色變化確定腐蝕級(jí)別。

5.圖像處理法

針對(duì)腐蝕評(píng)級(jí)以肉眼的方式進(jìn)行，通過(guò)將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于對(duì)銅片、銀片腐蝕結(jié)果的評(píng)價(jià)中，該方法的原理是將標(biāo)準(zhǔn)比色板的腐蝕級(jí)別通過(guò)拍照的方式，應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，將整個(gè)比色板的色板信息作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于測(cè)得的腐蝕結(jié)果，也采取拍照的方式，將腐蝕后的表面與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，由系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)級(jí)，得出腐蝕級(jí)別。該法在照片質(zhì)量好的前提下能有效避免常規(guī)的通過(guò)人眼確定腐蝕級(jí)別的不確定性，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、合理。此法僅對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行改變，沒(méi)有對(duì)快速檢測(cè)進(jìn)行研究。

表1 腐蝕快速檢測(cè)研究及評(píng)價(jià)方式改進(jìn)

6.阻抗譜法

一種更為靈敏的檢測(cè)方式——阻抗系統(tǒng)應(yīng)用于噴氣燃料銅片腐蝕試驗(yàn)的腐蝕程度和速率的檢測(cè)，從而得到更為快速和準(zhǔn)確的判斷結(jié)果，且對(duì)腐蝕全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)腐蝕情況變化。該法的基本原理和試驗(yàn)方法是根據(jù)阻抗的原理，自主研發(fā)噴氣燃料腐蝕性阻抗譜快速檢測(cè)儀，同時(shí)基于印刷版電路技術(shù)，設(shè)計(jì)平面叉指式腐蝕傳感器，選擇合適的溫度和外加直流電壓的方式，加速腐蝕的過(guò)程，將檢測(cè)到的阻抗數(shù)字化表示，得出檢測(cè)信號(hào)與腐蝕變化的關(guān)系，得出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性好，基本證實(shí)了該技術(shù)的可行性。

二、小結(jié)及比較

從以上的研究及其成果可以得出對(duì)于噴氣燃料腐蝕試驗(yàn)的改進(jìn)主要是通過(guò)加強(qiáng)反應(yīng)條件來(lái)加速樣品的腐蝕，以及應(yīng)用新的檢測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)腐蝕的快速檢測(cè)，以更快地得到腐蝕判斷結(jié)果，還有部分研究對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改進(jìn)，如表1所示。

具體來(lái)說(shuō)原電池法、電解池法及微波法都是通過(guò)選擇合適的溶劑，改變外在的實(shí)驗(yàn)條件，通過(guò)不同的方式（構(gòu)成原電池、電解池，加入微波吸收劑）加速腐蝕的過(guò)程，從而縮短腐蝕試驗(yàn)的時(shí)間，達(dá)到快速檢測(cè)的目的，但都沒(méi)有從檢測(cè)原理入手，僅僅是采取一系列的加速腐蝕過(guò)程的手段，不能對(duì)腐蝕的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，且由于沒(méi)能從根本上改變檢測(cè)方式，所以對(duì)于腐蝕結(jié)果的評(píng)價(jià)依然依賴于對(duì)金屬片進(jìn)行后續(xù)處理后通過(guò)目測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)比色板進(jìn)行比對(duì)得出腐蝕評(píng)級(jí)。

圖像處理法應(yīng)用于對(duì)腐蝕結(jié)果評(píng)定的改進(jìn)中，在照片質(zhì)量好的情況下能夠有效地對(duì)腐蝕結(jié)果進(jìn)行評(píng)級(jí)，克服人為評(píng)定尤其是腐蝕較嚴(yán)重時(shí)，級(jí)別難以判定時(shí)的誤差，但該法僅對(duì)評(píng)定結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)，且對(duì)圖片本身質(zhì)量要求高，不適用于所有的環(huán)境中。

阻抗譜法從檢測(cè)技術(shù)入手，提出一種新的檢測(cè)方式，將阻抗技術(shù)用于腐蝕快速檢測(cè)，該方法從檢測(cè)原理入手，改變以往的僅從加快腐蝕過(guò)程的角度出發(fā)，提出新的腐蝕測(cè)定方法，且結(jié)果以數(shù)據(jù)的形式表達(dá)，能夠從根本上改變以往的腐蝕評(píng)級(jí)后續(xù)操作繁瑣，且能對(duì)腐蝕過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，是一種新的有效的檢測(cè)手段，但目前僅證實(shí)了該技術(shù)的可行性。

三、腐蝕快速檢測(cè)技術(shù)發(fā)展展望

針對(duì)腐蝕試驗(yàn)的快速檢測(cè)來(lái)說(shuō)，對(duì)于一套完整的快速試驗(yàn)方案，要從檢測(cè)方式入手，以縮短試驗(yàn)時(shí)間和簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)方式為目的，對(duì)整個(gè)完整的體系進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)腐蝕的快速檢測(cè)。

對(duì)于縮短試驗(yàn)時(shí)間方面，傳統(tǒng)的方式是通過(guò)加溶劑、選擇合適的溫度等加速腐蝕的過(guò)程，新的腐蝕快速試驗(yàn)方案在傳統(tǒng)的加速腐蝕過(guò)程的基礎(chǔ)上，從改變檢測(cè)方式入手，新的檢測(cè)方式應(yīng)能夠提取腐蝕的微小變化將之轉(zhuǎn)化為合理的測(cè)量量，從而能夠更靈敏地檢測(cè)腐蝕變化。如將阻抗譜技術(shù)應(yīng)用于腐蝕的快速檢測(cè)，能夠更為靈敏地提取腐蝕特征信息，將腐蝕變化轉(zhuǎn)換為阻抗的變化，通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)將阻抗變化轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓的測(cè)量，不僅能對(duì)腐蝕的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以監(jiān)控腐蝕的變化。

簡(jiǎn)化結(jié)果評(píng)價(jià)方面，現(xiàn)有的研究?jī)H有應(yīng)用數(shù)字圖像法將比色板信息作為數(shù)據(jù)庫(kù)，將測(cè)得結(jié)果的圖片信息與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)比較得出腐蝕評(píng)級(jí)，數(shù)字圖像法的弊端在于照片的獲取受光線、背景、焦距等的影響，圖片本身難以真實(shí)有效地反應(yīng)腐蝕信息，從而不能準(zhǔn)確判別腐蝕級(jí)別。光譜成像技術(shù)能夠有效地解決圖片信息有誤的問(wèn)題，其原理是運(yùn)用光譜掃描手段獲取試樣在不同波長(zhǎng)照射下的光學(xué)行為信息，形成有試樣上相應(yīng)點(diǎn)不同光學(xué)參量值構(gòu)成的信息分布圖像，并據(jù)此圖像獲取試樣的定位、定性和定量分析信息，在簡(jiǎn)化結(jié)果評(píng)價(jià)方式上面，可將光譜成像技術(shù)應(yīng)用于腐蝕評(píng)級(jí)，采取與數(shù)字圖像法類似的方式，實(shí)現(xiàn)便捷的腐蝕評(píng)級(jí)。