劉幫毅,高朝乾,陳磊
(吉利汽車(chē)研究院(寧波)有限公司,寧波 315336)
汽車(chē)的冷卻系統(tǒng)干系重大,冷卻系統(tǒng)的性能好壞直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。所以對(duì)于冷卻系統(tǒng)的研究一直飽受汽車(chē)技術(shù)部門(mén)的重視。
目前常用的汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)主要分為液冷和氣冷,對(duì)于液冷而言,保證冷卻系統(tǒng)內(nèi)的清潔是保證冷卻系統(tǒng)冷卻效率的基礎(chǔ)。
本文研究了出現(xiàn)在某A,某B汽車(chē)?yán)鋮s壺內(nèi)的黑色異物,這種異物隨著時(shí)間的積累沉積在冷卻系統(tǒng)管路中,對(duì)冷卻系統(tǒng)存在著不可估量的潛在威脅。這種異物在更換冷卻液和清洗冷卻系統(tǒng)管路后,2天內(nèi)仍然會(huì)再次出現(xiàn)。且2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)的較少。
本文旨在將上述黑色異物的組成分析清楚,尋找這種黑色異物的來(lái)源和形成機(jī)理,以便能夠?qū)λ漠a(chǎn)生實(shí)施控制,從而保證冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定及發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率的穩(wěn)定,意義重大。
圖1是黑色異物的紅外光譜圖。
由圖1可以看出,它的出峰與環(huán)氧樹(shù)脂有著相似的出峰[1]。
圖1 黑色異物的紅外光譜圖
由杜邦公司測(cè)試的黑色異物的SEM-EDS譜圖如圖2所示[2-4]。
由索爾維測(cè)試的黑色異物的SEM-EDS譜圖如圖3所示。
通過(guò)上述兩家公司的測(cè)試結(jié)果,我們可以看出樣品中的微觀結(jié)構(gòu)尺寸在200 μm左右,主要由Al、Si、Fe、F等元素組成。
由于顆粒數(shù)量比較少,從冷卻液里獲取的顆粒,無(wú)法進(jìn)行清洗,容易碎,故而顆粒表面吸附有冷卻液的主成分乙二醇,這應(yīng)該是C、O等元素的主要來(lái)源。
汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)示意圖如圖4所示。
由圖中可以看出,黑色異物有下列六種可能的來(lái)源:
1)冷卻液物質(zhì)析出。
2)加工過(guò)程引入的焊釬料導(dǎo)致。
3)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架引入的顆粒。
4)金屬表面電泳涂層脫落。
5)冷卻系統(tǒng)對(duì)金屬腐蝕形成的副產(chǎn)物。
圖2 杜邦測(cè)試黑色異物的SEM-EDS譜圖
圖3 索爾維測(cè)試黑色異物的SEM-EDS譜圖
圖4 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)示意圖
圖5 釬焊劑的紅外譜圖
6)冷卻液與橡膠管路化學(xué)反應(yīng)形成的副產(chǎn)物析出。
本文將對(duì)上述六種可能的來(lái)源途徑,做一一驗(yàn)證。
表1為冷卻液成分解析結(jié)果,表2與表3為新舊冷卻液的XRF測(cè)試結(jié)果,可以看出,冷卻液中不含有Al、Si、Fe、F等元素。所以黑色異物應(yīng)該不是由冷卻液析出導(dǎo)致。其中,銅元素、硫元素為儀器自帶元素,用過(guò)的冷卻液比全新的冷卻液多出了鉀元素。
表1 冷卻液的成分解析結(jié)果
表2 全新冷卻液的XRF分析結(jié)果
表3 用過(guò)冷卻液的XRF分析結(jié)果
圖3為釬焊劑的紅外光譜圖,可以看出,釬焊劑的主要成分為氟鋁酸鉀。其中的氟元素和鉀元素與黑色顆粒的氟元素相對(duì)應(yīng),可以認(rèn)為黑色異物的形成與釬焊劑有著莫大關(guān)系。
圖6為發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的EDS測(cè)試結(jié)果,由圖中可以看出其中含F(xiàn)e、Al、Si等元素,與黑色異物的元素組成及其吻合,這就說(shuō)明,發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架可能是黑色異物的來(lái)源之一。
發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)水管總成和暖風(fēng)出水管組件均有黑色電泳漆涂裝,表4列舉了該電泳漆的配方組分,該電泳漆涂裝的基礎(chǔ)樹(shù)脂為聚酰胺改性的環(huán)氧樹(shù)脂及改性的聚酯樹(shù)脂。這就佐證了黑色異物的紅外譜圖,這說(shuō)明黑色異物的形成有金屬件表面涂層脫落的嫌疑。
表4 電泳漆的組分列表
表5為冷卻系統(tǒng)中的金屬缸體的元素分析[5],其中可以看到,硅含有相當(dāng)?shù)暮?,這與黑色異物的元素分析能夠?qū)?yīng)起來(lái),另一個(gè)金屬件是機(jī)油冷卻器,它的材質(zhì)為鋁合金,含有相當(dāng)量的鋁元素,也能與黑色異物的元素分析結(jié)果相對(duì)應(yīng)。
圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的EDS測(cè)試結(jié)果
表5 金屬缸體的元素分析列表
表6列舉了冷卻系統(tǒng)中用到的各種橡膠管在經(jīng)過(guò)冷卻液浸泡后質(zhì)量和硬度的變化,圖7為浸泡在冷去液中的各種橡膠管,可以看出雖然浸泡前后,橡膠管質(zhì)量有變化,但是并不能看到在冷卻液中形成黑色異物顆粒,所以冷卻壺中的黑色顆粒應(yīng)該與冷卻液與橡膠的化學(xué)反應(yīng)沒(méi)有關(guān)系。
表6 橡膠制品經(jīng)過(guò)冷卻液浸泡前后的變化
綜合上述分析可以得出以下結(jié)論:
圖7 橡膠制品在冷卻液中的圖像(120 ℃×168 h)
1)黑色異物主要含有Fe,Al,Si,氟化物及含有聚酰胺固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂;
2)黑色異物與提供的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)顆粒有“相似”;
3)Fe,Al,Si元素的來(lái)源可由機(jī)油冷卻器,進(jìn)出水管(鋼)發(fā)生腐蝕所致;
4)氟化物推測(cè)為釬焊劑與冷卻液接觸反應(yīng)所致;
5)環(huán)氧樹(shù)脂推測(cè)來(lái)至于水管電泳涂層的脫落。
通過(guò)對(duì)黑色異物的組成分析,找到了這種黑色異物的來(lái)源和形成機(jī)理,以便能夠?qū)λ漠a(chǎn)生實(shí)施控制,保證冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定及發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率的穩(wěn)定,為后續(xù)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的研發(fā)和改進(jìn)提供參考。