出口發動機長期儲存冷卻系統的防腐蝕方案探討

李國濤，林世龍，張培德，姜可，劉潛

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

隨著國家“一帶一路”戰略的不斷推進實施，發動機作為廣泛應用的設備動力源，出口數量不斷增加，貿易額也逐年上升。發動機內部零部件多為金屬制件，部分為精密件，對防護要求較高，尤其是出口海外和有長期儲存需求的發動機，其冷卻系統的腐蝕風險較大，腐蝕故障時有發生。因此，發動機的防腐蝕水平亟需提升，需要找到合適的防腐蝕解決方案，以適應復雜多變的流通環境的挑戰。

1 現狀介紹

目前，發動機企業沒有針對出口發動機長期儲存冷卻系統的防腐蝕保護方案。

例如，某公司出口韓國發動機到達客戶處后，由于項目進度原因未立即安裝投入使用，放置于倉庫。等六個月后啟用時發現中冷器、水泵及水管等冷卻系統管路和零部件內壁產生大量銹蝕及結晶，無法正常使用，見圖1、2。需要對冷卻系統零部件進行維修和更換，造成巨大經濟損失。

因此，展開對發動機防腐蝕原理的研究、開發相應的防腐蝕產品及實施工藝十分有必要。

圖1 零部件內部腐蝕情況

圖2 冷卻系統管路內部腐蝕情況

2 防腐蝕方案

2.1 腐蝕原因分析

（1）金屬腐蝕原理。金屬腐蝕是金屬材料受環境介質的化學作用或電化學作用而變質和破壞的現象，這是一個自發的過程。根據金屬腐蝕機理可以分為電化學腐蝕和化學腐蝕兩種，其中發動機內部發生的腐蝕為電化學腐蝕。

電化學腐蝕是金屬在環境中與電解質溶液接觸，同金屬中的雜質或不同種金屬之間形成電位差，分別變成電池的正負極，組成一個放點反應，構成腐蝕原電池而引起金屬本身性能被破壞，造成不可逆損壞的腐蝕現象稱為電化學腐蝕。腐蝕歷程可分為兩個獨立進行的并同時進行的陽極（發生氧化反應）和陰極（發生還原反應）過程，反應過程中有電流產生。

（2）發動機冷卻系統腐蝕原因分析。發動機完成試車試驗后，在包裝發運之前會將試車過程中用到的冷卻液釋放出來，但是由于柴油機冷卻系統零部件、管路復雜的內部構造，導致冷卻系統內部會殘留大約20%的冷卻液。當發動機停止運轉后，這些殘留冷卻液中的水分蒸發與空氣中的二氧化碳結合形成酸性水膜，并電離出氫離子，這些酸性水膜覆蓋在冷卻系統零部件表面，和零部件的金屬原子形成原電池，導致電化學腐蝕，引起金屬零部件的腐蝕、損壞。

出口發動機需要經過漫長的海運抵達其他國家。在海運過程中，空氣濕度及鹽分含量較大。大量的海鹽粒子隨著運輸過程中海水不斷蒸發，大量含有鹽分的固體微粒會沉降至金屬零件表面。這些含鹽粒子溶于金屬零件表面的水膜中，使這層水膜變成腐蝕性很強的電解質，加速了腐蝕的進行。

發動機到達客戶現場后，未立即添加新冷卻液起動使用，發動機內部殘留的冷卻液在封閉的環境中繼續蒸發、電離、腐蝕，導致零部件表面一直有電化學腐蝕的發生，最終冷卻系統管路和零部件損壞，功能失效。部分使用后，需要封存較長時間的發動機也會發生類似的情況。

2.2 防腐蝕原理

防腐蝕的主要原理是阻水阻氧，目前針對金屬制品的防銹主要分為永久性防銹和暫時性防銹兩大類。常見的永久性防銹有噴漆、電鍍、耐蝕合金、氧化處理和磷化處理等方法；暫時性防銹主要有環境封存（包括充氮、除氧、干燥封存等）、接觸防銹（涂防銹油脂，防銹液等）、氣相防銹（使用氣相防銹紙、氣相防銹液等包裝材料）、真空封存等。

考慮到發動機冷卻系統零部件及管路的特殊情況，使用環境封存和氣相防銹工藝是適合發動機冷卻系統防腐蝕的合理方案。

氣相緩蝕劑具有高揮發性，其揮發分子遇水可以生成具有緩蝕作用的基團。當氣相緩蝕基團運動到金屬表面，與水膜中的氫離子、氫氧根離子、氧氣等反應，取代金屬離子并吸附在金屬表面形成保護膜，抑制原電池反應，起到防腐蝕作用。

圖3 氣相緩蝕劑防腐蝕原理

2.3 防腐蝕冷卻液

防腐蝕冷卻液是氣相防銹的一種有效體現和代表，是以水為溶劑，由氣相緩蝕劑等多種防銹劑及添加助劑復配而成。具有優異的氣化、擴散和吸附性能。液體氣化后，吸附在金屬表面，形成保護層，能夠有效地防止金屬表面的銹蝕，特別適合深孔、細長管、曲折及縫隙等難以觸及的金屬表面的防銹，原理同圖3。

2.4 防腐蝕方案實施工藝

針對有長期儲存需求的發動機實施防腐蝕工藝，可以在工廠試車時或者到達客戶處實施防腐蝕工藝。

（1）工廠試車時實施防腐蝕工藝。對于出口發動機或有長期儲存需要的，發動機在試驗時，即使用防腐蝕冷卻液進行試車。因此，發動機在運輸或儲存期間，冷卻腔道內的殘留冷卻液中的氣相緩蝕劑可以揮發出緩釋基團，充盈在發動機內部，并吸附在金屬表面形成保護膜，有效阻止零件表面金屬原電池的發生，從而保護發動機冷卻系統零部件和管路不被腐蝕。

經過用防腐蝕冷卻液試車的發動機，在冷卻液充分排除后，需要用蠟紙封住各個系統、零部件的外接管口，并用布基膠帶進行密封，營造一個封閉環境，防止外界水氣入侵同時防止氣相緩釋因子逸出，影響防腐蝕效果。

（2）客戶實施防腐蝕工藝。使用防腐蝕冷卻液將發動機冷卻系統管路或零部件進行徹底清洗，如機體、熱交換器、中冷器、機油冷卻器等相關零部件。完成沖洗后，將發動機所有系統和零部件外接管口密封，相關操作同工廠試車時防腐蝕工藝要求。

3 防腐蝕方案驗證

某公司出口某國10臺發動機，試車時有5臺使用防腐蝕冷卻液試車，并按照封存要求進行封存，另外5臺按照常規試車、包裝流程進行，發至客戶處后放置于倉庫。從發動機完成包裝到正常啟用，時間持續4個月，啟用前分別對發動機冷卻系統內腔道進行檢查。

3.1 常規試車發動機拆檢情況

5臺常規試車發動機，經過檢查發現水泵葉輪、水泵進水管等零部件均已經存在不用程度被腐蝕現象，需要清理或維修后使用，見圖4～6。

圖4 水泵進水管口腐蝕情況

圖5 水泵進水管腐蝕情況

圖6 水泵葉輪腐蝕情況

3.2 防腐蝕冷卻液試車發動機拆檢情況

5臺使用防腐蝕冷卻液試車發動機的水泵、水管等零部件內表面未產生銹跡，見圖7、8。

圖7 正常水泵葉輪

圖8 正常水管

4 結語

通過對氣相防銹技術和環境封存技術在發動機冷卻系統防護的研究與驗證，證明該防腐蝕方案能夠成功保護有長期儲存需求的發動機的冷卻系統，有效降低腐蝕故障帶來的資源浪費和經濟損失風險，具有較高的推廣價值，可以廣泛應用于有此需求的發動機防護中。