清洗劑和試驗泵對發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

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

發動機冷卻液是僅次于發動機油的第二大汽車養護用品，作為發動機冷卻系統的流體介質，具有冷卻、防凍、防沸、防腐、防垢等作用［1］。發動機冷卻系統的金屬材質主要包括紫銅、黃銅、鋼、鑄鐵、鑄鋁、焊錫等，如氣缸體、循環水泵和水冷夾套的材質主要為鋼、鑄鐵、鑄鋁，散熱器的材質主要為紫銅、黃銅、焊錫等，其他材質還有橡膠、塑料等高分子材料［2］。發動機冷卻系統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生洞穴狀腐蝕破壞現象。這種現象一般發生在濕式缸套和冷卻水泵中。發動機冷卻液長期與汽車鋁制水泵直接接觸并時刻發生相對運動，氣穴腐蝕是水泵最復雜的一類腐蝕現象，是造成冷卻系統故障、影響發動機使用壽命的最常見問題，也是評價冷卻液緩蝕性能優劣的重要參數，因此通過試驗檢測發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《發動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法》標準，規定用標準的鋁制汽車水泵對冷卻液試樣進行試驗，評判發動機冷卻液對鋁泵的氣穴腐蝕。這是目前我國唯一關于評價發動機冷卻液對汽車鋁泵氣穴腐蝕特性的標準，此標準自頒布以來對完善汽車冷卻液性能評價體系、控制冷卻液產品質量、規范冷卻液行業發展起到了極大的作用。SH/T 0087—91自1991年頒布以來尚未進行修訂，在2000年進行了重新確認，而此標準中規定的標準鋁制汽車水泵Buick GM25527536泵已經停產，故目前已無法按照此標準進行試驗。ASTM組織自1989年以來對D2809已經進行過多次修訂，先后頒布了ASTM D2809—94、ASTM D2809—94(99)、ASTM D2809—04、ASTM D2809—09、D2809—09(17)等版本。現行最新版本為 ASTM D2809—09(17)。ASTM D2809—09(17)對標準鋁制汽車水泵進行了修改，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中有強腐蝕性和環境危害性的磷酸和三氧化鉻清洗試驗設備，以降低本試驗潛在的危險性。

為了研究ASTM D2809—09(17)中規定的清洗試劑和標準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備，以及用Master CP1018泵代替Buick GM25527536泵作為標準試驗泵對發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成分類型區分成不同的顏色，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)標準中規定的清洗試劑和標準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果的影響，結果見表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果沒有影響。

試驗泵的考察

由于ASTM D2809—09(17)中規定的備選試驗鋁泵AC Delco 12307821在國內外均未找到穩定貨源，ASTM D2809的制定單位美國西南研究院目前進行此試驗也只在使用Master CP1018，故ASTM D2809—09(17)中規定的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果沒有影響。

精密度驗證

ASTM D2809—09(2017)標 準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果得出，包括粉色試樣和綠色試樣，但未標明冷卻液類型。ASTM D2809—09(2017)標準中規定的綠色試樣和粉色試樣的精密度要求要求見表3。為了考察試驗結果的適用性，進行了精密度驗證，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進行復驗。

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果

重復性

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

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

再現性

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在不同的實驗室進行了再現性考察試驗，結果見表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 重復性試驗結果

由表5可以看出，試驗結果完全滿足ASTM D2809—09(2017)標準的再現性要求。

結論

圖3 重復性試驗后鋁泵照片

以我國市場上常見的冷卻液為試驗對象，研究了ASTM D2809—09(17)中規定的清洗試劑和標準試驗泵的適用性，考察了清洗試劑和標準試驗泵的更換對發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備，用Master CP1018泵代替Buick GM25527536泵作為標準試驗泵，按照SH/T 0087—91《發動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗法》中規定的試驗步驟開展試驗，對發動機冷卻液鋁泵氣穴腐蝕特性試驗結果沒有影響。經過在兩家不同實驗室的試驗對比，使用新的清洗試劑和標準試驗泵開展試驗，重復性和再現性滿足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 再現性試驗結果

圖4 再現性試驗后鋁泵照片