清洗劑和試驗泵對發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗的影響

高曉光 魯念慈

1 中國石化潤滑油有限公司北京研究院

2 北京化工大學(xué)

以我國市場上常見類型的冷卻液為研究對象，考察了試驗系統(tǒng)清洗溶液和標(biāo)準(zhǔn)試驗泵的更換對發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗的影響。結(jié)果表明。用二水合草酸-檸檬酸或磷酸-三氧化鉻清洗試驗設(shè)備，用Master CP1018泵或Buick GM25527536泵作為標(biāo)準(zhǔn)試驗泵，發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗結(jié)果一致。

發(fā)動機冷卻液是僅次于發(fā)動機油的第二大汽車養(yǎng)護(hù)用品，作為發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的流體介質(zhì)，具有冷卻、防凍、防沸、防腐、防垢等作用［1］。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的金屬材質(zhì)主要包括紫銅、黃銅、鋼、鑄鐵、鑄鋁、焊錫等，如氣缸體、循環(huán)水泵和水冷夾套的材質(zhì)主要為鋼、鑄鐵、鑄鋁，散熱器的材質(zhì)主要為紫銅、黃銅、焊錫等，其他材質(zhì)還有橡膠、塑料等高分子材料［2］。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的腐蝕主要包括金屬的熱表面腐蝕、氣穴腐蝕、點蝕、沖蝕、隙間腐蝕等，以及其他非金屬材料的腐蝕［3］。其中，冷卻液的氣穴腐蝕性能是最重要也是最難以控制和評定的方面。氣穴腐蝕，是指流體在高速流動和壓力變化條件下，與流體接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀腐蝕破壞現(xiàn)象。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在濕式缸套和冷卻水泵中。發(fā)動機冷卻液長期與汽車鋁制水泵直接接觸并時刻發(fā)生相對運動，氣穴腐蝕是水泵最復(fù)雜的一類腐蝕現(xiàn)象，是造成冷卻系統(tǒng)故障、影響發(fā)動機使用壽命的最常見問題，也是評價冷卻液緩蝕性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，因此通過試驗檢測發(fā)動機冷卻液對水泵的氣穴腐蝕程度十分重要［4］。

1991年我國參照ASTM D2809—89《發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法》制定頒布了SH/T 0087—91《發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法》標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定用標(biāo)準(zhǔn)的鋁制汽車水泵對冷卻液試樣進(jìn)行試驗，評判發(fā)動機冷卻液對鋁泵的氣穴腐蝕。這是目前我國唯一關(guān)于評價發(fā)動機冷卻液對汽車鋁泵氣穴腐蝕特性的標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)自頒布以來對完善汽車?yán)鋮s液性能評價體系、控制冷卻液產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)范冷卻液行業(yè)發(fā)展起到了極大的作用。SH/T 0087—91自1991年頒布以來尚未進(jìn)行修訂，在2000年進(jìn)行了重新確認(rèn)，而此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)鋁制汽車水泵Buick GM25527536泵已經(jīng)停產(chǎn)，故目前已無法按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。ASTM組織自1989年以來對D2809已經(jīng)進(jìn)行過多次修訂，先后頒布了ASTM D2809—94、ASTM D2809—94(99)、ASTM D2809—04、ASTM D2809—09、D2809—09(17)等版本。現(xiàn)行最新版本為 ASTM D2809—09(17)。ASTM D2809—09(17)對標(biāo)準(zhǔn)鋁制汽車水泵進(jìn)行了修改，注明如果沒有Buick泵GM25527536號，可以用AC Delco 12307821泵或Master CP1018泵代替。并規(guī)定了用二水合草酸和檸檬酸代替ASTM D2809—89中有強腐蝕性和環(huán)境危害性的磷酸和三氧化鉻清洗試驗設(shè)備，以降低本試驗潛在的危險性。

為了研究ASTM D2809—09(17)中規(guī)定的清洗試劑和標(biāo)準(zhǔn)試驗泵在我國的適用性，本文考察了用二水合草酸和檸檬酸代替磷酸和三氧化鉻清洗試驗設(shè)備，以及用Master CP1018泵代替Buick GM25527536泵作為標(biāo)準(zhǔn)試驗泵對發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗的影響。

試驗部分

試驗樣品

我國市場上有多種種類冷卻液流通，通常按照配方的化學(xué)成分類型區(qū)分成不同的顏色，包括：

◇無機型冷卻液（IAT），一般為綠色；

◇有機型冷卻液（OAT），一般為粉紅色；

◇混合型冷卻液（HAOT），一般為黃色。

為了考察ASTM D2809—09(2017)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的清洗試劑和標(biāo)準(zhǔn)試驗泵在我國的適用性，選擇了我國市場上常見類型的3種冷卻液和一種無添加劑的冷卻液樣品進(jìn)行鋁泵氣穴腐蝕試驗，包括HEC-II-35混合型冷卻液黃色試樣A、LEC-II-35有機型冷卻液粉色試樣B、LECII-40無機型冷卻液綠色試樣C和無添加劑冷卻液無色試樣D。

試驗方法

按照SH/T 0087—91中規(guī)定的試驗步驟開展試驗。清洗試劑分別使用二水合草酸-檸檬酸和磷酸-三氧化鉻，試驗泵分別使用Master CP1018泵和Buick GM25527536泵。

結(jié)果及討論

清洗溶液的考察

使用同一種試驗泵Buick GM25527536，不同清洗試劑，考察清洗試劑的更換對試驗結(jié)果的影響，結(jié)果見表1，試驗后鋁泵的照片見圖1。

表1 使用同一型號試驗泵不同清洗試劑的氣穴腐蝕試驗結(jié)果

圖1 使用同一型號試驗泵不同清洗試劑的氣穴腐蝕試驗后鋁泵照片

由表1及圖1可見，將清洗試劑由磷酸-三氧化鉻更換為二水合草酸-檸檬酸，對鋁泵氣穴腐蝕試驗結(jié)果沒有影響。

試驗泵的考察

由于ASTM D2809—09(17)中規(guī)定的備選試驗鋁泵AC Delco 12307821在國內(nèi)外均未找到穩(wěn)定貨源，ASTM D2809的制定單位美國西南研究院目前進(jìn)行此試驗也只在使用Master CP1018，故ASTM D2809—09(17)中規(guī)定的AC Delco 12307821泵不做考察，只考察Master CP1018泵。

在同樣使用二水合草酸-檸檬酸為清洗試劑前提下，考察了試驗鋁泵Buick GM25527536和Master CP1018的試驗對比情況，結(jié)果見表2，試驗后水泵照片見圖2。

由表2及圖2可見，將Buick GM25527536泵更換為Master CP1018泵對鋁泵氣穴腐蝕試驗結(jié)果沒有影響。

精密度驗證

ASTM D2809—09(2017)標(biāo) 準(zhǔn)中的精密度考察基于4家實驗室的2種冷卻液對比試驗結(jié)果得出，包括粉色試樣和綠色試樣，但未標(biāo)明冷卻液類型。ASTM D2809—09(2017)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的綠色試樣和粉色試樣的精密度要求要求見表3。為了考察試驗結(jié)果的適用性，進(jìn)行了精密度驗證，基于我國市場上冷卻液主要類型，除了考察LEC-II-35有機型冷卻液粉色試樣B、LEC-II-40無機型冷卻液綠色試樣C，還增加了HEC-II-35混合型冷卻液黃色試樣A以及無添加劑冷卻液無色試樣D進(jìn)行復(fù)驗。

表2 使用同一種清洗試劑和不同型號試驗泵的氣穴腐蝕試驗結(jié)果

重復(fù)性

按照ASTM D2809—09(2017)的試驗條件進(jìn)行了重復(fù)性考察試驗，每個樣品平行測定2次，結(jié)果見表4，試驗后水泵照片可見圖3。

由表4可以看出，試驗結(jié)果完全滿足ASTM D2809—09(2017)的重復(fù)性要求。

再現(xiàn)性

對試驗樣品LEC-II-35有機型冷卻液粉色試樣B、LEC-II-40無機型冷卻液綠色試樣C、HECII-35混合型冷卻液黃色試樣A、以及無添加劑冷卻液無色試樣D在不同的實驗室進(jìn)行了再現(xiàn)性考察試驗，結(jié)果見表5，試驗后水泵照片可見圖4。

圖2 使用同一清洗試劑和不同型號試驗泵的氣穴腐蝕試驗后鋁泵照片

表3 ASTM D2809—09(2017)精密度

表4 重復(fù)性試驗結(jié)果

由表5可以看出，試驗結(jié)果完全滿足ASTM D2809—09(2017)標(biāo)準(zhǔn)的再現(xiàn)性要求。

結(jié)論

圖3 重復(fù)性試驗后鋁泵照片

以我國市場上常見的冷卻液為試驗對象，研究了ASTM D2809—09(17)中規(guī)定的清洗試劑和標(biāo)準(zhǔn)試驗泵的適用性，考察了清洗試劑和標(biāo)準(zhǔn)試驗泵的更換對發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗的影響。試驗證明用二水合草酸和檸檬酸代替磷酸和三氧化鉻清洗試驗設(shè)備，用Master CP1018泵代替Buick GM25527536泵作為標(biāo)準(zhǔn)試驗泵，按照SH/T 0087—91《發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法》中規(guī)定的試驗步驟開展試驗，對發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗結(jié)果沒有影響。經(jīng)過在兩家不同實驗室的試驗對比，使用新的清洗試劑和標(biāo)準(zhǔn)試驗泵開展試驗，重復(fù)性和再現(xiàn)性滿足ASTM D2809—09(17)的精密度要求。用二水合草酸-檸檬酸代替磷酸-三氧化鉻，用Master CP1018泵代替Buick GM25527536泵作為發(fā)動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法的新材料，可以在我國推廣使用。

表5 再現(xiàn)性試驗結(jié)果

圖4 再現(xiàn)性試驗后鋁泵照片