車輛冷卻系統(tǒng)腐蝕及常見影響因素分析

喬淵博，魏駿逸，李錫棟，周 慧，何 巖

（1.陸軍軍事交通學(xué)院學(xué)員5大隊(duì)研究生隊(duì)，天津 300161；2.陸軍軍事交通學(xué)院投送裝備保障系，天津 300161；3.77611部隊(duì)，西藏 拉薩 850000）

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)是由水泵、散熱器、節(jié)溫器及水套等組成的閉式循環(huán)體系，其功用是及時(shí)消散掉發(fā)動(dòng)機(jī)中的部分熱量，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在一個(gè)適宜溫度下工作，因此冷卻系統(tǒng)的完好性會(huì)直接影響車輛裝備的正常運(yùn)行及使用壽命。冷卻系統(tǒng)中的散熱器、水泵、缸體及缸蓋、分水管等部件是由鋼、鑄鐵、黃銅、紫銅、鋁、焊錫等金屬組成[1-2]。這些金屬通過搭接或焊接等的方式存在于冷卻系，由于金屬的電極電位不同，在電解質(zhì)的作用下容易發(fā)生電偶腐蝕。

有時(shí)兩種金屬雖然沒有直接接觸，但是也同樣存在著電偶腐蝕的情況，如因腐蝕、磨損脫落的鋁合金會(huì)隨冷卻液內(nèi)循環(huán)散布沉積在水泵或水套內(nèi)壁各處形成許多微電偶對(duì)。一般情況下在電偶腐蝕中兩種金屬的自腐蝕電位相差越大，其電位低的金屬作為陽極越容易腐蝕，而電位高的金屬作為陰極受到保護(hù)[3]。

1 冷卻系統(tǒng)常見腐蝕形式

車輛裝備冷卻系統(tǒng)常見的腐蝕形式主要有三種，為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕及穴蝕[4-5]。

1.1 化學(xué)腐蝕

冷卻水往往富含可溶性氧、氯化物及其它礦物酸等，這些物質(zhì)會(huì)引起冷卻系金屬零件發(fā)生腐蝕、破壞，造成冷卻系無法正常工作。例如冷卻系中，鋁合金長期與冷卻液接觸，且冷卻系溫度交替變化，產(chǎn)生大量的濕氣，使金屬表面被氧化，形成一層致密的氧化膜，可有效地隔絕腐蝕介質(zhì)，從而減緩金屬腐蝕的進(jìn)程。但冷卻液可能存在的氯離子、硫離子會(huì)破壞金屬表面的保護(hù)膜或阻礙其形成，從而加速了鐵、鋁的腐蝕。

1.2 電化學(xué)腐蝕

電偶腐蝕，也可稱接觸腐蝕，指兩種或多種金屬在同一介質(zhì)中接觸，由于它們之間存在腐蝕電位差而出現(xiàn)電流流動(dòng)，導(dǎo)致電位較低的金屬發(fā)生陽極極化，加速溶解，而電位較高的金屬發(fā)生陰極極化，溶解速度反而受到抑制的現(xiàn)象[6]。它是一種較為隱蔽、普遍的且危害性極強(qiáng)的腐蝕形式，廣泛地存在于船舶、飛機(jī)、車輛、建筑工業(yè)等領(lǐng)域。

2 冷卻系統(tǒng)金屬腐蝕影響因素

冷卻系金屬材料的腐蝕是一個(gè)極為復(fù)雜的物理化學(xué)過程，受到諸多因素影響，如冷卻液、緩蝕劑類型、酸堿度、工作溫度等。這些腐蝕、抗腐蝕因子相互影響，共同作用構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜惡劣的車輛裝備冷卻系環(huán)境[7]。車輛裝備冷卻系腐蝕因子諸多，可大致分為兩種類型：一是金屬材料本身的性能和系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響；二是外部環(huán)境因素和人為操作的影響。

2.1 金屬材料的影響

車輛裝備冷卻系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由銅及銅合金、鋼、鑄鐵、鑄鋁及焊料等金屬材料構(gòu)成。由于人為設(shè)計(jì)或緊急搶修等原因，這些金屬之間的接觸或焊接往往不可避免，如果發(fā)生接觸或焊接的金屬之間存在較大電位差，同時(shí)再浸于冷卻液中，就會(huì)構(gòu)成一個(gè)腐蝕大電池或許多的微電偶對(duì)而發(fā)生電偶腐蝕，這將加速冷卻系統(tǒng)的破壞。

2.2 冷卻液的影響

根據(jù)組成的不同，車輛裝備冷卻系用冷卻液一般可分為無水冷卻液與水基冷卻液。無水冷卻液，亦稱無水冷卻油，是一種新型的汽車?yán)鋮s介質(zhì)，具有高沸點(diǎn)、低凝點(diǎn)等優(yōu)勢，能夠徹底克服水基冷卻液給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來的易產(chǎn)生腐蝕、水垢、氣蝕，以及高溫“開鍋”等問題，有效地延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，使發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間保持一個(gè)良好的工作狀態(tài)。但是，它存在一些問題，如經(jīng)濟(jì)效益低。與傳統(tǒng)冷卻液相比，價(jià)格十分昂貴，且二次維護(hù)成本較高，加注時(shí)間較長。

因此，水基冷卻液仍為目前使用最為廣泛的冷卻介質(zhì)。水的化學(xué)穩(wěn)定性好，熱容量大，是車輛裝備較為良好的冷卻介質(zhì)。

2.3 工作溫度的影響

由于車輛裝備用途的特殊性，其冷卻系用金屬材料將不可避免地長期處于常溫與高溫的交替環(huán)境下，溫度就成為了車輛裝備冷卻系腐蝕的一個(gè)非常重要的因素。溫度對(duì)車輛裝備冷卻系統(tǒng)腐蝕的影響主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：第一，高溫易使得潤滑油的潤滑效果變差甚至喪失，造成冷卻系零部件之間磨損；第二，高溫易使得冷卻液酸化。高溫條件下，乙二醇基冷卻液中的乙二醇易發(fā)生氧化，使得冷卻液性能降低，同時(shí)溫度還會(huì)加快溶液的對(duì)流與擴(kuò)散，加快金屬的腐蝕速率；第三，工作溫度的升高會(huì)使得諸如鑄鋁等的冷卻系金屬材料的鈍化更加困難，并且金屬的腐蝕傾向也會(huì)增大。

3 常見的腐蝕防護(hù)措施

3.1 涂層覆蓋

為了使待保護(hù)金屬與其接觸性腐蝕介質(zhì)隔離開以達(dá)到防止腐蝕的效果，通常會(huì)用耐腐蝕性較強(qiáng)的金屬或者是非金屬覆蓋待保護(hù)金屬，這種方法稱之為金屬表面涂層覆蓋。它不僅能夠提高金屬的抗腐蝕性能，而且可以節(jié)約大量的貴金屬和合金，其中非金屬涂層防止電偶腐蝕是最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保、應(yīng)用最為普遍的的方法。涂層防護(hù)主要是利用涂層的高阻隔屏蔽性能將金屬與電解質(zhì)的接觸面隔離，在陰陽極之間進(jìn)行物理屏蔽來達(dá)到阻止，減緩金屬腐蝕的效果。

3.2 緩蝕劑防護(hù)技術(shù)

緩蝕劑，亦稱腐蝕抑制劑或阻止劑，是一類化學(xué)物質(zhì)或復(fù)雜混合物，它以一定的濃度與形式添加至介質(zhì)中，可以防止或減緩材料的腐蝕。由于車輛裝備冷卻系是一個(gè)復(fù)雜的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，因而向其冷卻介質(zhì)中加入適量的緩蝕劑就成為了一種最為簡便而有效的腐蝕防護(hù)手段。