汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)黑色異物的成分分析及來(lái)源探究

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）

引言

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。

1 分析數(shù)據(jù)與結(jié)果

1.1 黑色顆粒的紅外光譜

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

1.2 黑色異物的SEM-EDS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。

2 黑色異物的來(lái)源分析

2.1 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)簡(jiǎn)介

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。

2.2 冷卻液的成分解析及對(duì)黑色異物形成的影響

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

2.3 釬焊劑的成分分析及其對(duì)黑色異物形成的影響

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。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的成分分析及其對(duì)黑色異物形成的影響

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。

2.5 金屬件表面脫落涂層分析及其對(duì)黑色異物形成的影響

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

2.6 冷卻系統(tǒng)金屬腐蝕及其對(duì)黑色異物形成的影響

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浚@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

2.7 冷卻液與橡膠化學(xué)反應(yīng)析出異物的實(shí)驗(yàn)

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

2.8 綜合分析

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。

3 結(jié)論

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。