噴氣燃料銀片腐蝕微波法研究

佟麗萍 宗 營 王岸英

(1.空軍勤務學院，江蘇 徐州 221000; 2.空軍后勤部軍需能源質量監督站，北京 100000)

1 微波催化加速銀片腐蝕機理

1.1 微波對晶態物質表面極化影響分析

微波對晶態物質表面性能的影響，主要是對晶態電介質表面性能的影響。電介質作為一種電阻率很高、導電性能很差的物質，其所帶的帶電粒子被約束在電介質的分子中，而不能做宏觀運動[1]。

在外電場作用下，電介質內的帶電粒子發生微觀位移，使分子產生極化。電介質的偶極子轉向極化和界面極化對物質在微波下的能量吸收起主要作用。

1.2 微波對銀片腐蝕反應的催化機理

微波主要從銀片表面空間電荷的局部積聚、銀片表面晶格缺陷部分與微波產生共振吸收、以及腐蝕產物硫化銀共價鍵結構所具有的反應擴散特性等方面，催化加速噴氣燃料銀片腐蝕。

(1) 微波催化化學反應的熱效應表現在微波以光速滲入物體內部，由電子、離子的移動或缺陷偶極子的極化而被吸收，對反應體系中的帶電粒子做功，導致體系溫度升高，形成反應物質內外部“整體”加熱效果，加快反應的進行。

(2) 微波催化化學反應的熱效應[2]表現在電磁場作用和微波特性兩個方面，它同時影響了相撞“分子對”整體的運動和兩分子相對于其共同質心的運動，使反應體系中極性分子、極性原子和極性離子等帶電粒子發生轉動能級間的躍遷，改變它們的活化狀態，從而引起始態反應分子內能和位能的提高，最終得以加快化學反應的速度。

(3) 微波作用下的金屬銀片的界面極化效應會引起表面自由電荷的移動，使其產生宏觀偶極矩，形成表面空間電荷的局部積聚，使得金屬銀片更易于吸收微波能，提高了銀片與硫化物的反應活性。

(4) 在微波場中，銀片表面弱鍵和缺陷部位與微波發生局域共振耦合傳能，暴露出新鮮表面，增加了反應界面，導致銀片表面能量的不均勻而形成“微波熱點”和腐蝕反應活性中心，硫化腐蝕就發生在這些部位，而且體系中的極性分子具有“相互摩擦效應”和“分子攪拌效應”，通過破壞銀片表面的物理吸附膜來提高硫化物離子與銀片反應的活度。

(5) 銀片和噴氣燃料中的活性硫作用生成的硫化銀具有共價鍵成分，電導性低，介電損耗因子小，與微波作用深度淺，不易發生深度腐蝕反應，易發生蔓延式的腐蝕反應。

2 微波催化銀片腐蝕反應影響因素分析

2.1 噴氣燃料銀片腐蝕催化劑加入量研究

分別取為質量百分比為8、10、12、14、20、30%(對應體積為4、5、6、7、10、15 ml)的催化劑，倒入銀片腐蝕為2級的噴氣燃料中，組成50 mL混合溶液。把銀片按照SH/T0023-1990(2000)標準方法處理后，懸置在腐蝕檢測瓶的油樣中。把盛放油樣的腐蝕檢測瓶放入專用微波容器中，放在微波快速測定儀的中心處(為最大限度的減少誤差，每次試驗專用微波容器均放在同一位置)，調節微波功率150 mA。反應時間為10 min。反應結束后觀察銀片表面腐蝕情況，實驗結果如表1所示。

表1 催化劑加入量對銀片腐蝕的影響

反應結束后，專用微波容器內有大量溶液，腐蝕檢測瓶中的溶液的體積隨著催化劑加入量的增加而減少，說明隨著催化劑加入量的增加，反應體系爆沸現象嚴重，蒸發出來的混合液遇玻璃容器壁迅速冷凝，流到容器底部而形成。從試驗現象可以看出，催化劑的加入量不是越多越好，而是有一個最佳值。從反應結果看，催化劑的加入量為12%時銀片腐蝕現象為：藍色、紫色、麥黃色，反應的效果最好。

2.2 微波試驗時間對腐蝕反應結果影響分析

選用腐蝕級別為2級的油樣，用微波快速測定方法進行腐蝕試驗，觀察不同試驗時間結果如表2。

從上述試驗結果看，試樣在試驗前2 min對銀片幾乎不發生作用，大約3 min時，開始對銀片產生作用，并隨時間延長，對銀片的腐蝕逐漸加重。試驗時間在10～15 min段的結果與SH/T 0023-1990(2006)標準法的試驗結果有較好的可比性。

表2 不同試驗時間銀片腐蝕情況

2.3 微波功率對腐蝕反應結果影響分析

腐蝕級別為2級的油樣，用微波快速測定方法進行腐蝕試驗，調節微波功率分別為50、100、150、200 mA，試驗結果如表3所示：

表3 不同微波功率下銀片腐蝕情況

可以看出，當微波功率為50 mA，腐蝕現象較輕，可定為1級腐蝕，隨著微波功率的加大，腐蝕現象也隨著增大，當微波功率為150mA時，2級腐蝕現象較明顯，可見在微波功率接近150 mA時，銀片腐蝕微波快速試驗法的結果與SH/T 0023-1990(2006)標準法的試驗結果有較好的可比性。

2.4 微波負載對腐蝕反應結果影響分析

取8組油樣，其中6個2級油樣，1個3級油樣，1個4級油樣，測定結果如表4。

結果表明，與2～3級腐蝕基本吻合，稍微有減輕，但不明顯，仍可定為2級腐蝕。說明增加微波負載對腐蝕結果影響不明顯。

表4 多組油樣同時試驗的情況

3 微波催化銀片腐蝕反應最佳試驗條件研究

通過微波催化噴氣燃料銀片腐蝕反應影響因素的研究結果，表明微波功率、試驗時間、催化劑用量對銀片腐蝕程度都有很大的影響。所以，為了考察微波功率、試驗時間、催化劑用量、反應體系體積與銀片腐蝕速度的關系，本論文采用正交試驗法，根據每個因素選取三個水平，構成四因素三水平的正交表，用銀片腐蝕級別為2級的噴氣燃料樣品，按表中條件因素進行試驗，以達到相應腐蝕級別(2級)所需時間為測試結果，得出四因素的最優組合，即最佳試驗條件。

3.1 銀片腐蝕反應正交試驗表設計

四個因素，即催化劑用量A、實驗時間B、微波功率C、反應體系體積D。每個因素選取三個水平，即催化劑的用量A：A1、A2、A3；實驗時間B：B1、B2、B3；微波功率C：C1、C2、C3；反應體系的體積D：D1、D2、D3。因素水平見表5。

表5 銀片腐蝕反應正交試驗表

3.2 銀片腐蝕反應正交試驗研究

通過正交試驗得到催化劑用量(5 mL～7 mL)、實驗時間(8 min～12 min)、微波功率(100～300 mA)、反應體系的體積(40 mL～60 mL)四個因素對銀片腐蝕速度的影響趨勢。從表6中可以看出四個因素對銀片腐蝕影響從大到小依次是：反應時間、催化劑用量、反應體積、微波功率。考慮到進行銀片腐蝕時噴氣燃料是揮發性的，以及微波快速測定儀的使用壽命、微波負載等因素，本論文最終確定的微波催化銀片腐蝕反應快速試驗方法的條件為：催化劑用量為5 ml，反應時間為15 min、微波功率為150 mA，反應體系體積為50 mL。

表6 銀片腐蝕反應正交試驗結果

注：(1) 顏色評分是根據和水浴加熱顏色比較，吻合程度來判斷；(2) 表中K1、K2、K3分別表示各因素取1、2、3、4水平時相應試驗結果之和；k1、k2、k3為各次實驗結果的平均值。(3) R表示極差。

4 結論

通過微波催化噴氣燃料銀片腐蝕反應影響因素的研究結果，表明微波功率、試驗時間、催化劑用量對銀片腐蝕程度都有很大的影響。

采用正交試驗法，考察了微波功率、試驗時間、催化劑用量、反應體系體積對銀片腐蝕速度的影響。得出了四因素的最優組合，確定了微波催化銀片腐蝕反應快速試驗條件：催化劑用量為5 ml，反應時間為15 min、微波功率為150 mA，反應體系的體積為50 ml。