金屬油箱材料在M100 甲醇燃料中的腐蝕行為研究

賈旭明，孫震

（吉利汽車(chē)研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

引言

“我國(guó)力爭(zhēng)2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”極大地刺激了清潔能源的發(fā)展和應(yīng)用。傳統(tǒng)燃油車(chē)的市場(chǎng)份額將被新能源汽車(chē)逐步蠶食，預(yù)計(jì)2026 年中國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)280 萬(wàn)輛。同年，世界新能源汽車(chē)銷(xiāo)量也將超過(guò)燃油車(chē)。但是，從目前汽車(chē)市場(chǎng)的銷(xiāo)售情況來(lái)看，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在2030 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰單純靠電動(dòng)車(chē)一種技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。

在我國(guó)煤炭資源豐富的地區(qū)，甲醇燃料來(lái)源廣泛，相對(duì)過(guò)分依賴進(jìn)口的石油跟天然氣，成本較低，目前，M100 甲醇燃料汽車(chē)已經(jīng)在山西、陜西等多個(gè)地區(qū)開(kāi)展試點(diǎn)工作。不過(guò)，隨著甲醇燃料汽車(chē)的試點(diǎn)應(yīng)用，甲醇燃料具有腐蝕性的特性也突顯出來(lái)。甲醇燃料的吸水性會(huì)在運(yùn)輸、存儲(chǔ)過(guò)程中吸收少量的水分，同時(shí)受到空氣的氧化生成少量甲酸等有機(jī)酸。這些酸類(lèi)物質(zhì)對(duì)汽車(chē)燃油系統(tǒng)會(huì)造成一定的腐蝕。本文對(duì)燃油系統(tǒng)常用金屬材料低碳冷軋鋼板、不銹鋼鋼板、鋁板在M100 甲醇燃料中的腐蝕行為進(jìn)行研究，為燃油箱、燃油管路及長(zhǎng)期處于M100 甲醇燃料浸泡的金屬零件的選材提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

試樣采用牌號(hào)為DC04 的冷軋鋼板、牌號(hào)為304 的不銹鋼鋼板、牌號(hào)為6014 的鋁板，三個(gè)牌號(hào)的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

試樣均采用（0.9±0.02）mm 厚的金屬板材，用線切割將試樣切割成尺寸為（100±0.5）mm×（25±0.5）mm 的矩形試樣。每個(gè)牌號(hào)各切割12 片。試樣經(jīng)切割的各表面分別用200#、400#、600#金相砂紙依次逐級(jí)打磨至光滑，先用清水洗掉表面的金屬屑及異物，隨后用丙酮除洗去試樣表面的油脂，最后用無(wú)水乙醇清洗后放在（50±1）℃的烘箱中烘干10 min，隨后放入干燥器內(nèi)冷卻。用電子天平對(duì)冷卻后的試樣進(jìn)行稱重，用千分尺測(cè)量各個(gè)試樣的尺寸后計(jì)算其表面積，對(duì)每個(gè)試樣的重量及表面積進(jìn)行記錄。

在M100 甲醇燃料中加入腐蝕促進(jìn)劑甲酸，配制成甲酸濃度為200mg/Kg 的加速腐蝕溶液，用1 mm 厚的聚四氟乙烯板制作成長(zhǎng)度為（80±1）mm，橫截面尺寸為（40±1）mm×（50±1）mm 的長(zhǎng)方體空心無(wú)底無(wú)蓋支架，在支架的上表面（80 mm*40 mm 表面）沿著支架長(zhǎng)度方向各開(kāi)12 個(gè)均勻分布的長(zhǎng)方形槽孔，槽孔尺寸為（0.5±0.1）mm×（25±1）mm，將支架平放置于容量為1L 的燒杯底部，槽孔朝上，每個(gè)牌號(hào)取四個(gè)試樣插入槽孔內(nèi)并保證相互不接觸，試片頂端低于燒杯上端1 L刻度線不少于2 cm，隨后在燒杯中添加腐蝕溶液至1 L。使用保鮮膜蓋住燒杯口，并用橡皮筋勒緊。將剩余的24個(gè)試樣重復(fù)上述操作，放置于另外兩個(gè)燒杯中，每個(gè)燒杯中各放12 片。將三個(gè)燒杯置于80 ℃的恒溫水浴鍋中，并將水浴鍋放入通風(fēng)櫥。

試驗(yàn)240 h、480 h、720 h 后分別取出一個(gè)燒杯，試樣取出后立即自來(lái)水清洗試樣表面，然后用軟毛刷輕輕刷去表面附著物，再用無(wú)水乙醇沖洗，然后放入（50±1）℃的烘箱中烘干10 min。對(duì)試樣進(jìn)行稱重后觀察樣品表面宏觀形貌、微觀形貌。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 腐蝕失重

試驗(yàn)240 h、480 h、720 h 后，各試樣的失重?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表2，三種材料的單位面積平均失重折線圖見(jiàn)圖1。從圖1 可看出，腐蝕溶液對(duì)三種材料均存在腐蝕；隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加三種材料的平均腐蝕失重均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；鋁板與不銹鋼板在腐蝕溶液中的失重情況相近；從720 h 后單位面積平均失重?cái)?shù)據(jù)來(lái)看，DC04 失重最大，304 失重最小，說(shuō)明DC04 的在腐蝕溶液中的耐蝕性最差，6014 居中，304 的耐蝕性最好。

表2 腐蝕失重

圖1 平均腐蝕失重

2.2 腐蝕表面外觀

已有研究表明，甲醇燃料對(duì)普通鋼板、不銹鋼、鋁的腐蝕影響不大，對(duì)銅則有一定影響[1]。試驗(yàn)240 h、480 h、720 h 后，三種材料的外觀見(jiàn)圖2、圖3、圖4。試驗(yàn)240 h、480 h 后，三種牌號(hào)試樣表面均未發(fā)生肉眼可見(jiàn)變化。試驗(yàn)720 h 后，DC04 外觀光澤有輕微減弱，部分試樣表面呈現(xiàn)輕微斑駁狀。304、6016 這兩種材料外觀無(wú)明顯變化，依舊呈現(xiàn)銀白色金屬光澤。說(shuō)明腐蝕溶液對(duì)DC04表面產(chǎn)生輕微腐蝕，有一定的腐蝕產(chǎn)物附著在金屬表面導(dǎo)致使材料表面導(dǎo)致表面斑駁及光澤減弱。而腐蝕溶液對(duì)6014、及304 的腐蝕并不明顯。

圖2 DC04 在試驗(yàn)后腐蝕表面外觀

圖3 304 在試驗(yàn)后腐蝕表面外觀

圖4 6014 在試驗(yàn)后腐蝕表面外觀

2.3 腐蝕表面微觀形貌

圖5、圖6、圖7 分別為三種材料在240 h、480 h、720 h 試驗(yàn)后放大200 倍的微觀形貌。DC04 的表面隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，表面軋制紋理逐漸模糊，試驗(yàn)240 h 后，試樣表面開(kāi)始出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物的附著，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，腐蝕產(chǎn)物在表面的附著量也逐漸增加。304 在整個(gè)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，表面形貌變化并不明顯，試驗(yàn)240 h 后，試樣表面出現(xiàn)蠕蟲(chóng)狀的腐蝕條紋，但隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，腐蝕條紋未呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，且整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，并未發(fā)現(xiàn)表面存在腐蝕產(chǎn)物的附著。6014 表面隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，表面軋制紋理逐漸減弱，但整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程

圖5 DC04 在試驗(yàn)后表面形貌

圖6 304 在試驗(yàn)后表面形貌

圖7 6014 在試驗(yàn)后表面形貌

中也未發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物的附著。從三種材料微觀形貌變化來(lái)判斷，DC04 的腐蝕程度最高，其次是6014，而304的表面腐蝕最小。

3 結(jié)論

1）M100 甲醇燃料對(duì)汽車(chē)常用金屬材料DC04、304、6014 均具有輕微的腐蝕性，其中M100 甲醇燃料對(duì)DC04 的腐蝕程度高于6014，但是對(duì)304 幾乎不腐蝕。

2）從三種材料腐蝕失重速率、宏觀及微觀形貌可見(jiàn)，汽車(chē)油箱長(zhǎng)期受M100 甲醇燃料浸泡的零件可以使用DC04，失重速率能夠滿足12 年不銹穿。但如果零件不僅與M100 甲醇燃料接觸，還能接觸如空氣或自然條件時(shí)，DC04 因材料表面無(wú)鍍層及防腐氧化膜不能滿足整車(chē)防腐要求，應(yīng)考慮應(yīng)使用304 和6014，但結(jié)合304 的價(jià)格和腐蝕表面，優(yōu)先推薦使用不銹鋼304。