汽車防凍液中多金屬緩蝕劑的研究

摘 要：本文采用實驗的方法，確定了硼砂、NaNO3、C7H5NaO2和苯并三氮唑的最佳添加量，得到一套既能保證緩蝕效果，又環(huán)保、低毒的緩蝕劑配方，為現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車防凍液；緩蝕劑

中圖分類號：TG174.42 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0357-02

在發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)當中，防凍液為重要散熱介質(zhì)，現(xiàn)階段我國主要使用的防凍液類型為乙二醇型，其區(qū)別主要表現(xiàn)為所用防腐體系。對防凍液而言，其防腐蝕性能，對整個冷卻系統(tǒng)，甚至發(fā)動機，都有重要影響，在很大程度上決定了其使用說明?；诖?，對防腐性能進行分析研究，是防凍液研究與發(fā)展的焦點。

1 實 驗

目前，常用緩蝕劑有下列幾種：①對于鐵、錫和鋼，其特效緩蝕劑包括有機酸、鉻酸鹽、胺類和硝酸鹽；②對于黃銅和紫銅，其特效緩蝕劑包括苯并三氮唑等；③對于鋁金屬，其特效緩蝕劑包括C7H5NaO2、硝酸鹽等。許多緩蝕劑的配方都含有對環(huán)境與人體健康有害的成分，無法適應(yīng)現(xiàn)代汽車研究與發(fā)展基本要求，需要盡快予以配方改良[1]。

本次分析將鐵金屬緩蝕劑確定為硼砂，銅金屬緩蝕劑確定為苯并三氮唑，鋼緩蝕劑確定為C7H5NaO2，錫金屬緩蝕劑確定為NaNO3，利用緩蝕劑之間的協(xié)同作用，對金屬進行有效緩蝕。同時，通過對緩蝕效果的準確測定，確定一套最佳配方。

1.1 實驗試劑、材料和儀器

實驗試劑與材料主要包括：達到分析純的硼砂、NaOH、NaNO3、C7H5NaO2和苯并三氮唑；工業(yè)品乙二醇，其質(zhì)量分數(shù)應(yīng)達到99%以上；鑄鐵試片、鑄鋁試片、黃銅試片、鋼試片、焊錫試片，其規(guī)格尺寸為（20×60×3）mm。實驗儀器采用加溫腐蝕器，同時應(yīng)帶有回流冷凝裝置，此外還包括攪拌機、水浴鍋、干燥箱與電子天平。

1.2 實驗方法

根據(jù)行業(yè)標準，實驗方法確定為靜態(tài)掛片法。向玻璃瓶中添加防凍液，制得基液，所用防凍液中，水和乙二醇的比例為1：1，共添加100mL，然后添加緩蝕劑，將pH值調(diào)整到7.5，懸掛試片后予以覆蓋。以實驗前和實驗后的試片質(zhì)量差為依據(jù)，繪制失重曲線，以86～90℃的溫度持續(xù)加熱10h，達到最終的緩蝕效果[2]。

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 鐵緩蝕劑

向6份基液當中加入數(shù)量不同的硼砂，然后懸掛鐵片和鋁片，使試片被基液淹沒，覆蓋后放到干燥箱內(nèi)，將溫度嚴格控制在86～90℃范圍內(nèi)，持續(xù)干燥10h后將試片從干燥箱內(nèi)取出，利用蒸餾水進行清洗，待晾干后稱重。根據(jù)實驗前和實驗后試片質(zhì)量發(fā)生的變化，繪制相應(yīng)的失重曲線，如圖1所示。

從圖1可以看出，伴隨硼砂實際添加量不斷增加，鐵試片腐蝕量明顯變化，在硼砂實際添加量達到1.05g/100mL后，其腐蝕量處在最小值；鋁試片腐蝕量受硼砂實際添加量的影響相對較小。基于此，將硼砂最佳添加量初步確定為1.05g/100mL[3]。

2.2 銅緩蝕劑

向6份基液當中加入等量硼砂，其添加量為1.05g，添加不同數(shù)量的苯并三氮唑，將pH值調(diào)整到7.5，在試劑中懸掛銅試片，對比實驗前和實驗后試片質(zhì)量變化，據(jù)此繪制失重曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，伴隨苯并三氮唑添加量不斷增加，試片腐蝕量產(chǎn)生明顯變化，而且在苯并三氮唑?qū)嶋H添加量達到0.23g/100mL后，其腐蝕量達到最小。據(jù)此，將苯并三氮唑最佳添加量初步確定為0.23g/100mL。

2.3 鋼緩蝕劑

向6份基液當中加入等量硼砂與苯并三氮唑，添加量分別為1.05g/100mL、0.23g/100mL，然后添加不同數(shù)量的C7H5NaO2，將pH值調(diào)整到7.5，在試液中懸掛鋼試片，對比實驗前和實驗后試片質(zhì)量變化，并據(jù)此繪制矢量曲線，如圖3所示。

從圖3可以看出，伴隨C7H5NaO2添加量不斷增加，試片腐蝕量明顯增加，而且在C7H5NaO2添加量達到0.12g/100mL后，試件腐蝕量達到最小，因此，將其最佳添加量初步確定為0.12g/100mL。

2.4 錫緩蝕劑

向6份基液當中加入等量硼砂、苯并三氮唑與C7H5NaO2，添加量分別為1.05g/100mL、0.23g/100mL和0.12g/100mL，然后添加不同數(shù)量的NaNO3，將pH值調(diào)整到7.5，在試液中懸掛錫試片，對比實驗前和實驗后試片質(zhì)量變化，并據(jù)此繪制矢量曲線，如圖4所示。

從圖4可以看出，伴隨NaNO3實際添加量不斷增加，試片腐蝕量明顯變化，而且在NaNO3添加量達到0.29g/100mL后，試件腐蝕量達到最小，因此，將其最佳添加量初步確定為0.29g/100mL。

根據(jù)以上實驗和分析結(jié)果，可將硼砂、苯并三氮唑、C7H5NaO2和NaNO3的添加量分別確定為1.05g/100mL、0.23g/100mL、0.12g/100mL、0.29g/100mL，以此確保防凍液具有良好的緩蝕作用[4]。

3 汽車防凍液配方測試

在100mL基液中分別加入硼砂1.05g、苯并三氮唑0.23g、C7H5NaO20.12g、NaNO30.29g，將pH值調(diào)整到7.5后，在試液中分別懸掛鐵試片、銅試片、鋼試片、錫試片和鋁試片，將溫度嚴格控制在86～90℃范圍內(nèi)，靜待336h以后，對以上各試片在實驗前和實驗后質(zhì)量發(fā)生的變化進行測定[5]。測定結(jié)果為：①鋁試片：腐蝕率的實測結(jié)果為0.008g·cm-2·h-1，標準腐蝕率為0.089mg·cm-2·h-1，試片在完成試驗后稍有失光；②鐵試片：腐蝕率的實測結(jié)果為0.017g·cm-2·h-1，標準腐蝕率為0.030mg·cm-2·h-1，試片在完成試驗后光亮如初；③鋼試片：腐蝕率的實測結(jié)果為0.025g·cm-2·h-1，標準腐蝕率為0.030mg·cm-2·h-1，試片在完成試驗后光亮如初；④銅試片：腐蝕率的實測結(jié)果為0.008g·cm-2·h-1，標準腐蝕率為0.030mg·cm-2·h-1，試片在完成試驗后光亮如初；⑤錫試片：腐蝕率的實測結(jié)果為0.017g·cm-2·h-1，標準腐蝕率為0.089mg·cm-2·h-1，試片在完成試驗后光亮如初[6]。

從以上結(jié)果可以看出，此配方對上述五種金屬均有良好緩蝕效果，各自的腐蝕率實測結(jié)果都比標準腐蝕率小。

4 結(jié) 論

通過以上實驗與分析，可得出以下結(jié)論：

（1）由硼砂、苯并三氮唑、C7H5NaO2、NaNO3等緩蝕劑構(gòu)成的汽車防凍液，其對五種目標金屬（即鐵、銅、鋼、錫、鋁），都能對腐蝕現(xiàn)象進行有效抑制，并發(fā)揮出良好的協(xié)同效應(yīng)，所有技術(shù)指標都能滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范與行業(yè)標準，同時未產(chǎn)生腐蝕與孔蝕。

（2）在上述提到的配方當中，沒有環(huán)保法律法規(guī)明令禁止使用的胺類化合物與亞硝酸鹽，同時也沒有在遇到硬水后會生成沉淀物質(zhì)的磷酸鹽?？梢姡@是一種環(huán)保且低毒的緩蝕劑配方。

（3）上述提到的配方當中，所用緩蝕劑價格較低，工藝方法簡單可行，可配制出濃縮的防凍液，為運輸和存儲提供便利，防止對環(huán)境造成太大的破壞與污染，進而創(chuàng)造出理想的社會效益與經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]孫文濤，孫 珂.關(guān)于重型載貨汽車防凍液滲漏問題的分析與改進[J].汽車實用技術(shù)，2017（16）：204～206.

[2]廖輝云，陳炳耀，楊善杰，潘津煉.汽車防凍液再生使用的研究[J].廣東化工，2016，43（19）：63～64+67.

[3]王文強，夏山鵬，聶永濤.汽車防凍液的正確認識和使用[J].河南科技，2016（17）：83～84.

[4]王 歡，石薇薇，韓冬云，李秀萍，曹祖賓.煤制乙二醇副產(chǎn)物制汽車防凍液中緩蝕劑的研究[J].應(yīng)用化工，2016，45（02）：308～311.

[5]張 媛，李鑫晟，吳廣峰.水溶性聚苯胺改性汽車防凍液的性能研究[J].塑料工業(yè)，2015，43（04）：127～129+134.

[6]韓 寧.汽車防凍液在低溫條件下的應(yīng)用[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2010，38（02）：56～57.

收稿日期：2018-6-2

作者簡介：趙西在（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事煤炭化工方面，各種防凍液，開式齒輪油，煤炭礦坑支護材料等方面研究工作。