車輛冷卻系統腐蝕及常見影響因素分析

喬淵博，魏駿逸，李錫棟，周 慧，何 巖

（1.陸軍軍事交通學院學員5大隊研究生隊，天津 300161；2.陸軍軍事交通學院投送裝備保障系，天津 300161；3.77611部隊，西藏 拉薩 850000）

汽車發動機冷卻系統是由水泵、散熱器、節溫器及水套等組成的閉式循環體系，其功用是及時消散掉發動機中的部分熱量，使發動機保持在一個適宜溫度下工作，因此冷卻系統的完好性會直接影響車輛裝備的正常運行及使用壽命。冷卻系統中的散熱器、水泵、缸體及缸蓋、分水管等部件是由鋼、鑄鐵、黃銅、紫銅、鋁、焊錫等金屬組成[1-2]。這些金屬通過搭接或焊接等的方式存在于冷卻系，由于金屬的電極電位不同，在電解質的作用下容易發生電偶腐蝕。

有時兩種金屬雖然沒有直接接觸，但是也同樣存在著電偶腐蝕的情況，如因腐蝕、磨損脫落的鋁合金會隨冷卻液內循環散布沉積在水泵或水套內壁各處形成許多微電偶對。一般情況下在電偶腐蝕中兩種金屬的自腐蝕電位相差越大，其電位低的金屬作為陽極越容易腐蝕，而電位高的金屬作為陰極受到保護[3]。

1 冷卻系統常見腐蝕形式

車輛裝備冷卻系統常見的腐蝕形式主要有三種，為化學腐蝕、電化學腐蝕及穴蝕[4-5]。

1.1 化學腐蝕

冷卻水往往富含可溶性氧、氯化物及其它礦物酸等，這些物質會引起冷卻系金屬零件發生腐蝕、破壞，造成冷卻系無法正常工作。例如冷卻系中，鋁合金長期與冷卻液接觸，且冷卻系溫度交替變化，產生大量的濕氣，使金屬表面被氧化，形成一層致密的氧化膜，可有效地隔絕腐蝕介質，從而減緩金屬腐蝕的進程。但冷卻液可能存在的氯離子、硫離子會破壞金屬表面的保護膜或阻礙其形成，從而加速了鐵、鋁的腐蝕。

1.2 電化學腐蝕

電偶腐蝕，也可稱接觸腐蝕，指兩種或多種金屬在同一介質中接觸，由于它們之間存在腐蝕電位差而出現電流流動，導致電位較低的金屬發生陽極極化，加速溶解，而電位較高的金屬發生陰極極化，溶解速度反而受到抑制的現象[6]。它是一種較為隱蔽、普遍的且危害性極強的腐蝕形式，廣泛地存在于船舶、飛機、車輛、建筑工業等領域。

2 冷卻系統金屬腐蝕影響因素

冷卻系金屬材料的腐蝕是一個極為復雜的物理化學過程，受到諸多因素影響，如冷卻液、緩蝕劑類型、酸堿度、工作溫度等。這些腐蝕、抗腐蝕因子相互影響，共同作用構成了一個復雜惡劣的車輛裝備冷卻系環境[7]。車輛裝備冷卻系腐蝕因子諸多，可大致分為兩種類型：一是金屬材料本身的性能和系統內部結構的影響；二是外部環境因素和人為操作的影響。

2.1 金屬材料的影響

車輛裝備冷卻系結構復雜，主要由銅及銅合金、鋼、鑄鐵、鑄鋁及焊料等金屬材料構成。由于人為設計或緊急搶修等原因，這些金屬之間的接觸或焊接往往不可避免，如果發生接觸或焊接的金屬之間存在較大電位差，同時再浸于冷卻液中，就會構成一個腐蝕大電池或許多的微電偶對而發生電偶腐蝕，這將加速冷卻系統的破壞。

2.2 冷卻液的影響

根據組成的不同，車輛裝備冷卻系用冷卻液一般可分為無水冷卻液與水基冷卻液。無水冷卻液，亦稱無水冷卻油，是一種新型的汽車冷卻介質，具有高沸點、低凝點等優勢，能夠徹底克服水基冷卻液給發動機帶來的易產生腐蝕、水垢、氣蝕，以及高溫“開鍋”等問題，有效地延長發動機的使用壽命，使發動機長時間保持一個良好的工作狀態。但是，它存在一些問題，如經濟效益低。與傳統冷卻液相比，價格十分昂貴，且二次維護成本較高，加注時間較長。

因此，水基冷卻液仍為目前使用最為廣泛的冷卻介質。水的化學穩定性好，熱容量大，是車輛裝備較為良好的冷卻介質。

2.3 工作溫度的影響

由于車輛裝備用途的特殊性，其冷卻系用金屬材料將不可避免地長期處于常溫與高溫的交替環境下，溫度就成為了車輛裝備冷卻系腐蝕的一個非常重要的因素。溫度對車輛裝備冷卻系統腐蝕的影響主要體現在以下三個方面：第一，高溫易使得潤滑油的潤滑效果變差甚至喪失，造成冷卻系零部件之間磨損；第二，高溫易使得冷卻液酸化。高溫條件下，乙二醇基冷卻液中的乙二醇易發生氧化，使得冷卻液性能降低，同時溫度還會加快溶液的對流與擴散，加快金屬的腐蝕速率；第三，工作溫度的升高會使得諸如鑄鋁等的冷卻系金屬材料的鈍化更加困難，并且金屬的腐蝕傾向也會增大。

3 常見的腐蝕防護措施

3.1 涂層覆蓋

為了使待保護金屬與其接觸性腐蝕介質隔離開以達到防止腐蝕的效果，通常會用耐腐蝕性較強的金屬或者是非金屬覆蓋待保護金屬，這種方法稱之為金屬表面涂層覆蓋。它不僅能夠提高金屬的抗腐蝕性能，而且可以節約大量的貴金屬和合金，其中非金屬涂層防止電偶腐蝕是最經濟、最環保、應用最為普遍的的方法。涂層防護主要是利用涂層的高阻隔屏蔽性能將金屬與電解質的接觸面隔離，在陰陽極之間進行物理屏蔽來達到阻止，減緩金屬腐蝕的效果。

3.2 緩蝕劑防護技術

緩蝕劑，亦稱腐蝕抑制劑或阻止劑，是一類化學物質或復雜混合物，它以一定的濃度與形式添加至介質中，可以防止或減緩材料的腐蝕。由于車輛裝備冷卻系是一個復雜的循環冷卻系統，因而向其冷卻介質中加入適量的緩蝕劑就成為了一種最為簡便而有效的腐蝕防護手段。