有机酸添加剂技术在重负荷发动机冷却液中的应用研究.doc

有机酸防腐蚀添加剂技术在重负荷发动机冷却液中的应用研究the applied research of the advanced organic acid coolant liquids technique in Heavy Duty Engines陶佃彬 邹密 施丽丽 曹云龙 童秀凤 李娟 陈明娟 闵海琴张家港迪克汽车化学品有限公司高新技术研究开发部 215638ZHANGJIAGANG TEEC AUTOMOTIVE CHEMICALS CO. LTD.摘要 本文通过分析重负荷发动机的特性，简单介绍了重负荷发动机冷却液对功能的要求，并重点针对重负荷发动机冷却液的配方进行了深入研究和探讨，开发出了具备抗穴蚀和优异抗腐蚀性能的高级有机酸型冷却液配方，在国内首次用有机酸添加剂技术代替了补加SCA的配方技术，实现了重负荷发动机冷却液的高档化，并能满足重负荷发动机长期运转的要求。关键词：发动机冷却液 重负荷 有机酸 SCAABSTRACT The essay Introduce the inquest of the coolant liquids to function with the characteristics analysis of Heavy Duty Engines. It deeply study and discuss the composition request that the Engine Coolant liquids must satisfy and develop the excellent, corrosion inhibitor, advanced organic acid coolant liquids technique. In our country it is the first time to use the organic manufacture technique instead of the SCA. This composition made the advanced technique into reality and meet with the request of long-term use of Heavy Duty Engines.KEY WORDS: The coolant liquids of engines heavy duty organic acid SCA0 前言随着汽车工业的不断发展进步，具备较大载重负荷的大型卡车已经逐渐得到了很大的应用，而研制、生产性能优良的重负荷发动机冷却液已经成为保证重负荷发动机长期正常、可靠工作的重要条件。美国材料测试协会（ASTM）、汽车工程协会（SAE）及各个重负荷发动机制造公司都制定了各自的产品规范，而我国目前仍没有对重负荷发动机冷却液进行标准化，国内对重负荷发动机的研究开发也都处于较落后的水平，较多地采用低硅酸盐补加SCA配方技术，而对比较先进的有机酸型添加剂技术的研究开发还远远不能满足重负荷汽车工业发展的要求1 2。 重负荷发动机指长期在接近额定功率条件下运转的发动机，它对冷却系统的要求比轻负荷发动机冷却液严格的多（区别如下表一）表一、重负荷车辆与汽车的比较EXAMPLE 1:the difference of the Heavy duty engines and normal automotive 因素汽车重负荷车辆首次大修的预期里程16万km80万km或15000h总预期里程24万km116万km或超过3万h载荷因子30%约70%车全重/马力13.6kg90.9kg是否湿式衬里设计否是重负荷发动机对冷却液的要求主要为以下几点：1）防穴蚀作用：它产生的机理主要是物理和化学破坏结合的结果，活塞拍击缸套产生剧烈震动，会在缸套外侧和冷却液之间形成低压区产生气泡，压力高达420Mpa，对于重负荷发动机冷却液对防冻液的防止穴蚀特性要求十分重要。2） 对各种金属的防腐蚀作用：对于金属的防止腐蚀作用同轻负荷发动机一样，要求重负荷发动机冷却液对组成冷却系统的各种金属黄铜、紫铜、铸铁、焊锡、铸铝、钢都能提供良好的防护能力。3）防止无机盐类结垢沉淀物的析出，这些沉淀物的析出对重负荷发动机湿式缸套影响十分巨大，容易因传热不好导致高温，严重的会造成缸盖破裂3。针对国内重负荷发动机冷却液的发展现状，迫切需要开发高档次的具有自主知识产权的产品来代替进口产品，在此背景下，我公司通过组织科研技术人进行了攻关研究，并成功开发出了具备国际先进水平的有机酸型的重负荷发动机冷却液配方，该配方满足ASTM规范要求，并符合法国PSA集团雷诺公司要求不含亚硝酸盐和胺类的特殊规范要求，对冷却系统的穴蚀、金属腐蚀、结垢有明显的抑制作用，防护效果十分突出。1 试验1.1配方配方要求不含硅酸盐、硼砂、胺类、亚硝酸盐、磷酸盐这些容易造成环境污染的添加剂，这就对重负荷发动机冷却液的研究开发提出了很高的要求。针对重负荷发动机的使用特性和要求，我们有效的对添加剂类型进行科学的筛选45：具体的防冻冷冷却液浓缩液实验配方如下：乙二醇： 8088%甲基苯三唑： 0.10.7%苯并三氮唑： 0.10.7%葵二酸： 12.0%柠檬酸： 0.51.0%十一碳酸： 0.51.5%无机盐组合物（不含亚硝酸盐、硼砂、胺类、硅酸盐）： 0.3%1.7%甲基聚丙烯酸酯： 0.051.0%有机硅消泡剂： 0.0010.05%弱酸艳绿： 0.0030.01%柠檬黄： 0.0020.01%水： 适量该配方可以根据需求进行加入去离子水调配成不同冰点的直接使用型的防冻冷却液，以供整车装填和作为售后补充用品。该配方产品的颜色为绿色，也可以根据需求使用不同的燃料调配成所需要的醒目的颜色。2结果与讨论该有机酸配方技术采用了不同有机酸协同防护，大大增强了重负荷发动机冷却液的防护能力，配方还摒弃了硅酸盐配方技术的缺点，不需要进行频繁的添加，极大的方便了重负荷发动机的维护。6有机酸型冷却液能为大功率、重负荷车辆的汽缸套和铝盖板提供有效的气穴腐蚀防护，不需要预加物，也不需要定期补充SCA。2.1有机酸配方技术低含量添加剂的测试对于不需补充添加剂的有机酸防冻液而言，所检测的玻璃器皿金属腐蚀体积不采用通用的33%体积进行试验,而采用20%的体积进行试验，以检验低含量添加剂对金属的防护能力，测试结果可以满足ASTM D 4985-05的标准要求，ASTM的队金属腐蚀的标准要求见表三：表三、ASTM 要求example 2：the demands of ASTM 试验项目试片名称试片质量变化标准要求玻璃器皿的影响20%v/v 882 336h紫铜+0.210黄铜+0.110钢-0.0210铸铝+1.330焊料+1.130铸铁+0.1102.2有机酸配方技术添加剂耐久玻璃器皿腐蚀试验的测试耐久试验的测试所检测的玻璃器皿金属腐蚀时间不采用通用的行业标准336h，而采用672h进行试验,以检测有机酸配方添加剂复合技术对金属试片的长期防护，测试结果可满足ASTM D 4985-05的标准要求。672h的测试实际结果见表四表四、672h实际测试结果Example 3:the results of 672 hours detection试验项目试片名称试片质量变化标准要求玻璃器皿的影响33%v/v 882 672h紫铜+0.310黄铜+0.210钢-0.110铸铝+2.330焊料+1.530铸铁-0.010从上述两个试验可以看出，该有机酸配方技术对重负荷发动机冷却液的测试具有优异的效果，由于其在较低的含量仍然对各种金属试片都有良好的防护作用，所以该有机酸配方技术完全可以替代传统的SCA补充添加剂技术，广泛应用于重负荷发动机冷却系统的防护中去。3实际应用情况将通过严格检测的有机酸型重负荷发动机冷却液与适应于重负荷发动机的预加补充添加剂(SCA)的低硅酸盐乙二醇型发动机冷却液ASTM D 4985-05的标准进行全面的比较，结果见表四：表四、ASTM D 4985-05的标准与有机酸型防冻冷却液的指标比较Example 4: the contrast of the ASTM D 4985-05 Specifics and the advanced organic acid coolant liquids项目检测结果ASTM D 4985规范要求颜色绿色有醒目的颜色对非金属部件的影响无影响无影响密度15.5/15.51.121.1101.145冰点50v/v%-37.5-37玻璃器皿的影响33%882336h质量变化mg/片金属检测试片紫铜+0.110黄铜-0.010钢+0.0110铸铝+1.530焊料-1.030铸铁+0.0810泡沫倾向30%v/v体积ml5150时间s0.55沸点169.5163灰分，质量数%0.45Ph值 50%v/v7.877.511.0储备碱度10.0见报告硅含量 ppm0280铝泵气穴腐蚀评级（17%V/V）9.08对发动机或有机涂料的影响无影响无影响氯离子含量 PPM325从表四可以看出，对于有机酸型重负荷发动机冷却液的性能远远高于标准的要求，其中所含的大量有机酸协同作用对耐铝泵气穴腐蚀和对铁系金属和焊料具有特殊的防护能力，远远满足重负荷发动机对防冻冷却液的普通使用要求。该防冻液中由于采用大量的有机酸，消耗十分缓慢，在使用过程中有机酸添加剂通过吸附和解吸达到保护冷却系统的目的，在短期内没有明显的质量变化，只需要根据使用情况适当补加消耗量的防冻冷却液即可继续使用，维护十分方便。该有机酸重负荷发动机冷却液已经投放市场，并且取得了很好的使用效果，经过实际装车试验，行驶6万公里后的车辆内放出的防冻冷却液经过严格检测，对实验的各种金属试片防护性能仍然十分优异，添加剂的消耗也没有明显的变化。随着科学技术的进步，我公司正组织研发力量致力于更先进和环保的丙二醇型防冻冷却液研究开发，相信不久的将来，丙二醇型重负荷发动机冷却液将以其优异的性能而被广泛应用于大功率、重负荷的载重汽车的冷却系统7。4 结论（1） 有机酸型重负荷发动机冷却液能够满足大功率、重负荷的载重车量作为整车装填的纯正品使用。（2） 该类型防冻液不含亚硝酸盐、硼砂、硅酸盐、胺类，对环境友好，并且确保了防冻液的使用的长效性。（3） 产品性能指标远高于ASTM D 4985规范要求，已经通过交通部后勤研究所等权威部门的认定，在重负荷发动机冷却液中使用有机酸添加剂技术，产品在国际上都处于领先水平，填补了高档重负荷发动机冷却液产品的空白。参考文摘1 冷观俊 陈德友 周建军 李庆年 汽车冷却液 M 化学工业出版社，20032 余春松 郑波 重负荷发动机冷却液的发展与现状 润滑与密封，2006，4：179-1823任代光 重型汽车柴油机冷却系统的化学保护 矿用汽车，1998，33