發(fā)動機冷卻液混兌試驗方法研究

朱天一 李鵬 朱江 劉曉磊 官婷婷 宋懷玉

中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心

近年來，隨著家用汽車的普及，發(fā)動機冷卻液（以下簡稱冷卻液）作為汽車的保養(yǎng)產(chǎn)品，需求量日益增加，品牌之間競爭也愈加激烈。同時，汽車運行工況較復(fù)雜，冷卻系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，所以更換冷卻液的頻率也越來越高。

冷卻液品種繁多，在使用者更換冷卻液時，就會有新冷卻液與在用冷卻液混兌使用的可能。有的客戶在沒有清洗水箱或者清洗不干凈的條件下，就更換其他品牌種類的冷卻液；有的客戶在原冷卻液液面降低補加新冷卻液或顏色一致的冷卻液。這些都是錯誤的操作。

不同冷卻液在沒有進行混兌試驗測試時，不可以盲目混兌。為了快速、準(zhǔn)確地判斷冷卻液混兌結(jié)果，進行冷卻液混兌試驗研究十分必要。

本文首先進行冷卻液混兌試驗的試驗項目、試驗樣品、試驗步驟的初步確定，然后開展冷卻液混兌樣品在不同試驗項目下的混兌試驗研究[由于工作需要，只對樣品1與其他冷卻液(所選擇樣品的任意一種)的混兌樣品進行測試]，最終確定可作為特定兩種冷卻液混兌試驗的項目及其試驗條件。

試驗項目

試驗項目的選擇[1～5]

冷卻液混兌試驗主要考察兩種冷卻液中的添加劑是否發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)機動車發(fā)動機冷卻液標(biāo)準(zhǔn)GB 29743—2013中的相關(guān)方法和發(fā)動機冷卻液的實際使用的工況對試驗項目進行篩選和制定，選擇了pH值、泡沫傾向性能、玻璃器皿腐蝕及鑄鋁合金傳熱腐蝕、高溫穩(wěn)定性等五種有代表性的方法作為試驗項目。其中，pH值按照SH/T 0069、泡沫傾向性按照SH/T 0066中要求進行試驗測試，玻璃器皿腐蝕及鑄鋁傳熱腐蝕試驗分別按照SH/T 0085、SH/T 0620進行。

高溫穩(wěn)定性試驗

試驗概述

高溫穩(wěn)定性試驗具體操作是將兩個待混兌樣品按比例混兌后裝入內(nèi)膽中，將內(nèi)膽蓋子扣上后放入不銹鋼水熱合成反應(yīng)釜中，將水熱合成反應(yīng)釜放入設(shè)定好溫度的烘箱中儲存，試驗結(jié)束后使其恢復(fù)至室溫，將釜蓋打開，內(nèi)膽拿出，將混兌冷卻液樣品倒入潔凈的燒杯中，靜止觀察樣品外觀，是否有分層或者沉淀產(chǎn)生。

試驗裝置

由于高溫穩(wěn)定性試驗溫度較高，冷卻液又為水基產(chǎn)品，易揮發(fā)，若試驗裝置密封性不好，會影響高溫試驗結(jié)果，所以選擇密封性好、耐高溫的水熱合成反應(yīng)釜作為高溫穩(wěn)定性試驗裝置。水熱合成反應(yīng)釜見圖1和圖2。

圖1 水熱合成反應(yīng)釜各部分配件

圖2 水熱合成反應(yīng)釜外觀及尺寸

試驗樣品

由于汽車運行工況較復(fù)雜，冷卻液在冷卻系統(tǒng)運行中容易出現(xiàn)一系列使用問題，而且在冷卻液使用一段時間后，冷卻液中的乙二醇發(fā)生氧化、酸性氣體進入冷卻液中、金屬被腐蝕脫落等現(xiàn)象的產(chǎn)生，都會直接影響冷卻液產(chǎn)品質(zhì)量，若選擇冷卻液新液和冷卻液在用液混兌會影響混兌試驗結(jié)果，為了避免其他因素干擾試驗結(jié)果，試驗樣品選擇新液與新液混兌。

樣品1為主要混兌對象，其余樣品選擇市面常見的一些冷卻液，分別為樣品2～樣品11，其中樣品1、2、4、6、7、8、11為半有機型，樣品3、5、9、10為全有機型，且這11種樣品均為乙二醇型冷卻液產(chǎn)品。為了確定兩種冷卻液是否完全相容，通常混兌比例為1∶9、1∶1和9∶1（均為質(zhì)量比）。

試驗步驟

混兌樣品首先進行高溫穩(wěn)定性試驗，然后依次進行pH值、泡沫傾向性試驗，最后進行玻璃器皿腐蝕試驗、鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗。為了判斷待混兌樣品混兌后的性能是否合格，若無待混兌樣品性能試驗報告，需要測試兩個待混兌樣品的相關(guān)性能。如果待混兌樣品本身質(zhì)量指標(biāo)不合格，則無需進行混兌試驗。

混兌試驗判定原則為高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)束后混兌冷卻液沒有出現(xiàn)不溶物沉淀，混兌冷卻液pH值在兩種冷卻液pH值之間或者與其一相同，混兌冷卻液泡沫傾向性、玻璃器皿腐蝕、鑄鋁傳熱腐蝕試驗結(jié)果滿足GB 29743—2013要求，表明可以混兌，反之則不可以混兌。兩種冷卻液混兌試驗全部完成且滿足要求，則判斷冷卻液可以混兌。若其中一項混兌試驗結(jié)果不滿足要求，則判斷兩種冷卻液不可以混兌，后續(xù)的混兌試驗不需進行。

結(jié)果及討論

高溫穩(wěn)定性試驗

由于冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的工作溫度為88 ℃，所以選取88 ℃作為高溫穩(wěn)定性試驗溫度。首先進行試驗樣品本身的測試，除試驗樣品11有沉淀出現(xiàn)外，其余試驗樣品均無沉淀產(chǎn)生。將樣品1分別與樣品2～樣品 10以1∶9，1∶1和9∶1比例混兌，進行高溫穩(wěn)定性試驗研究，試驗結(jié)果見表1。

由表1可見，樣品1和樣品4、5、7混兌時，出現(xiàn)沉淀的時間不同，特別是樣品1和5混兌溶液（1∶1）在24天才出現(xiàn)沉淀；樣品1和其他樣品混兌時，在30天仍無沉淀。88 ℃高溫穩(wěn)定性試驗耗時較長，不能快速有效地判斷冷卻液是否可以混兌。

為了快速準(zhǔn)確地判斷冷卻液是否可以混兌，采用提高儲存溫度方法以縮短試驗周期。借鑒GB 29743—2013中冷卻液鑄鋁傳熱腐蝕試驗的溫度是135 ℃，把高溫穩(wěn)定性試驗溫度提升到135 ℃。

根據(jù)表1試驗結(jié)果，采用試驗樣品1和樣品4、5、7，混兌比例為1∶1，進行135 ℃儲存試驗，試驗結(jié)果見表2。

表1 88 ℃高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果

從表2中可以看到，試驗樣品1和4、7在a天出現(xiàn)沉淀，試驗樣品1和5混兌溶液在（a+5）天出現(xiàn)沉淀。為了快速判斷冷卻液間是否可以混兌，設(shè)定135 ℃下儲存（a+5）天作為判定混兌樣品高溫穩(wěn)定性優(yōu)劣的試驗條件。

表2 135 ℃高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果

p H值試驗研究

GB 29743—2013對冷卻液的pH值要求為7.5～11.0。試驗樣品本身高溫穩(wěn)定性試驗后pH值可能會發(fā)生變化，所以首先對高溫穩(wěn)定性試驗后的樣品1～樣品10進行pH值測試，然后再進行高溫穩(wěn)定性試驗后的樣品1分別與樣品2～樣品10不同比例混兌樣品的pH值測試。試驗結(jié)果見表3、表4。

從表3、表4可以看出，高溫穩(wěn)定性試驗后有沉淀的混兌樣品（樣品1與樣品4、樣品1與樣品5、樣品1與樣品7）的pH值均在未混兌時兩個樣品的pH值之間或與其中之一相同，所以pH值試驗并不能反映兩種冷卻液是否可以混兌，故pH值不作為混兌試驗項目。

表3 冷卻液pH值測定結(jié)果

表4 混兌樣品p H值試驗結(jié)果

泡沫傾向性試驗研究

為了避免高溫穩(wěn)定性試驗后試驗樣品本身泡沫傾向性變化對混兌試驗結(jié)果的影響，首先對高溫穩(wěn)定性試驗后試驗樣品進行泡沫性能試驗，選擇了試驗樣品1及與它混兌高溫試驗后無沉淀的試驗樣品，試驗結(jié)果見表5。

從表5可以看出高溫穩(wěn)定性試驗（135 ℃和88 ℃）后的試樣樣品的泡沫傾向性試驗結(jié)果均較差，不滿足GB 29743—2013要求，因此SH/T 0066方法不適用于高溫穩(wěn)定性試驗后的冷卻液。

表5 135 ℃/88 ℃泡沫傾向性試驗結(jié)果

為了進一步考察泡沫傾向性能否作為判定冷卻液能否混兌的項目，進行常溫混兌存儲試驗。將樣品1與樣品2、3、6、8、9、10分別進行1：1混兌，混兌溶液常溫（20 ℃）存儲1 h、5 h、24 h后進行泡沫傾向性考察，試驗結(jié)果見表6。

從表6數(shù)據(jù)可以看出，混兌冷卻液經(jīng)過1 h、5 h、24 h常溫存儲試驗，泡沫傾向性能良好，滿足GB 29743—2013要求，現(xiàn)有數(shù)據(jù)沒有體現(xiàn)出區(qū)分性（可能是由于冷卻液中的消泡劑為聚合物，兩種冷卻液中的消泡劑短時間內(nèi)并不能發(fā)生反應(yīng)），所以泡沫傾向性能試驗不作為混兌試驗項目。

表6 常溫混兌樣品泡沫傾向性試驗結(jié)果

玻璃器皿腐蝕試驗研究

玻璃器皿腐蝕試驗按照SH/T 0085中的試驗條件進行。試驗時間336 h±2 h，溫度88 ℃±2 ℃，空氣流量為100 ml/min±10 ml/min，腐蝕離子濃度為硫酸根離子、氯離子、碳酸氫根離子的鈉鹽各100 mg/kg。

首先進行冷卻液本身的玻璃器皿腐蝕試驗測試，樣品2、3不滿足GB 29743—2013要求，樣品1、6、8、9、10玻璃器皿腐蝕試驗結(jié)果滿足GB 29743—2013要求（紫銅、黃銅、鋼、鑄鐵質(zhì)量變化不大于±10 mg/試片，焊錫、鑄鋁質(zhì)量變化不大于±30 mg/試片），所以選擇樣品1與樣品6、8、9、10的混兌溶液進行玻璃器皿腐蝕試驗，混兌樣品的玻璃器皿腐蝕試驗結(jié)果見表7。

從表7可以看出，所有混兌樣品的玻璃器皿腐蝕試驗結(jié)果均滿足GB 29743—2013要求，現(xiàn)有混兌試驗數(shù)據(jù)沒有體現(xiàn)區(qū)分性，所以玻璃器皿腐蝕試驗不作為混兌試驗項目。

表7 玻璃器皿腐蝕試驗結(jié)果

鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗研究

鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗按照SH/T 0620中的試驗條件進行。試驗時間為168 h±2 h，溫度為135 ℃±1 ℃，壓力190～200 kPa，腐蝕水為氯化鈉水溶液。

樣品 1、6、8、9、10本身鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗結(jié)果滿足GB 29743—2013要求（試塊質(zhì)量變化不大于±1.0 mg/cm2），選擇樣品1與樣品6、8、9、10的混兌溶液進行鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗，混兌樣品的鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗結(jié)果見表8。

從表8可以看出，樣品1與樣品8的混兌溶液的鑄鋁合金腐蝕試驗結(jié)果不滿足GB 29743—2013要求，混兌試驗數(shù)據(jù)有一定的區(qū)分性，故將鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗作為混兌試驗項目。

表8 鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗

結(jié)論

☆通過高溫穩(wěn)定性、pH值、泡沫傾向性、玻璃器皿腐蝕試驗、鑄鋁合金傳熱腐蝕試驗等項目的考察，最終確定了冷卻液混兌試驗的項目及試驗條件，見表9。

表9 冷卻液混兌試驗的項目及試驗條件

☆該冷卻液混兌試驗方法的建立，將有助于較快速、準(zhǔn)確地判斷特定冷卻液（樣品1）與市面上常見冷卻液（樣品2～樣品11）是否可以混兌使用，解決客戶混兌使用冷卻液的實際問題，避免盲目混兌冷卻液對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響。