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

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

引言

“我國力爭2030 年前實現碳達峰，2060 年前實現碳中和”極大地刺激了清潔能源的發展和應用。傳統燃油車的市場份額將被新能源汽車逐步蠶食，預計2026 年中國新能源汽車銷量達280 萬輛。同年，世界新能源汽車銷量也將超過燃油車。但是，從目前汽車市場的銷售情況來看，汽車產業在2030 年實現碳達峰單純靠電動車一種技術難以實現。

在我國煤炭資源豐富的地區，甲醇燃料來源廣泛，相對過分依賴進口的石油跟天然氣，成本較低，目前，M100 甲醇燃料汽車已經在山西、陜西等多個地區開展試點工作。不過，隨著甲醇燃料汽車的試點應用，甲醇燃料具有腐蝕性的特性也突顯出來。甲醇燃料的吸水性會在運輸、存儲過程中吸收少量的水分，同時受到空氣的氧化生成少量甲酸等有機酸。這些酸類物質對汽車燃油系統會造成一定的腐蝕。本文對燃油系統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行研究，為燃油箱、燃油管路及長期處于M100 甲醇燃料浸泡的金屬零件的選材提供參考依據。

1 試驗材料及方法

試樣采用牌號為DC04 的冷軋鋼板、牌號為304 的不銹鋼鋼板、牌號為6014 的鋁板，三個牌號的化學成分見表1。

表1 化學成分（質量分數，%）

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。每個牌號各切割12 片。試樣經切割的各表面分別用200#、400#、600#金相砂紙依次逐級打磨至光滑，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，隨后放入干燥器內冷卻。用電子天平對冷卻后的試樣進行稱重，用千分尺測量各個試樣的尺寸后計算其表面積，對每個試樣的重量及表面積進行記錄。

在M100 甲醇燃料中加入腐蝕促進劑甲酸，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度為（80±1）mm，橫截面尺寸為（40±1）mm×（50±1）mm 的長方體空心無底無蓋支架，在支架的上表面（80 mm*40 mm 表面）沿著支架長度方向各開12 個均勻分布的長方形槽孔，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，每個牌號取四個試樣插入槽孔內并保證相互不接觸，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個試樣重復上述操作，放置于另外兩個燒杯中，每個燒杯中各放12 片。將三個燒杯置于80 ℃的恒溫水浴鍋中，并將水浴鍋放入通風櫥。

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

2 試驗結果與分析

2.1 腐蝕失重

試驗240 h、480 h、720 h 后，各試樣的失重數據見表2，三種材料的單位面積平均失重折線圖見圖1。從圖1 可看出，腐蝕溶液對三種材料均存在腐蝕；隨著試驗時間的增加三種材料的平均腐蝕失重均呈現增加的趨勢；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數據來看，DC04 失重最大，304 失重最小，說明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，甲醇燃料對普通鋼板、不銹鋼、鋁的腐蝕影響不大，對銅則有一定影響[1]。試驗240 h、480 h、720 h 后，三種材料的外觀見圖2、圖3、圖4。試驗240 h、480 h 后，三種牌號試樣表面均未發生肉眼可見變化。試驗720 h 后，DC04 外觀光澤有輕微減弱，部分試樣表面呈現輕微斑駁狀。304、6016 這兩種材料外觀無明顯變化，依舊呈現銀白色金屬光澤。說明腐蝕溶液對DC04表面產生輕微腐蝕，有一定的腐蝕產物附著在金屬表面導致使材料表面導致表面斑駁及光澤減弱。而腐蝕溶液對6014、及304 的腐蝕并不明顯。

圖2 DC04 在試驗后腐蝕表面外觀

圖3 304 在試驗后腐蝕表面外觀

圖4 6014 在試驗后腐蝕表面外觀

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 試驗后放大200 倍的微觀形貌。DC04 的表面隨著試驗時間的增加，表面軋制紋理逐漸模糊，試驗240 h 后，試樣表面開始出現腐蝕產物的附著，隨著試驗時間的增加，腐蝕產物在表面的附著量也逐漸增加。304 在整個整個試驗過程中，表面形貌變化并不明顯，試驗240 h 后，試樣表面出現蠕蟲狀的腐蝕條紋，但隨著試驗時間的增加，腐蝕條紋未呈現增加的趨勢，且整個試驗過程中，并未發現表面存在腐蝕產物的附著。6014 表面隨著試驗時間的增加，表面軋制紋理逐漸減弱，但整個試驗過程

圖5 DC04 在試驗后表面形貌

圖6 304 在試驗后表面形貌

圖7 6014 在試驗后表面形貌

中也未發現腐蝕產物的附著。從三種材料微觀形貌變化來判斷，DC04 的腐蝕程度最高，其次是6014，而304的表面腐蝕最小。

3 結論

1）M100 甲醇燃料對汽車常用金屬材料DC04、304、6014 均具有輕微的腐蝕性，其中M100 甲醇燃料對DC04 的腐蝕程度高于6014，但是對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，汽車油箱長期受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，DC04 因材料表面無鍍層及防腐氧化膜不能滿足整車防腐要求，應考慮應使用304 和6014，但結合304 的價格和腐蝕表面，優先推薦使用不銹鋼304。