1、车辆冷却系金属腐蚀行为的研究军用车辆长期在风沙、雨雪、潮湿、盐雾等恶劣的气候条件下使用,不同程度地受到环境的影响而引起腐蚀。本论文针对军用车辆涂层防护性能的检测与评价和冷却系统金属材料的腐蚀行为两方面开展研究,主要研究内容如下:分析了军用车辆涂层失效的影响因素,对车辆常用的军绿色涂层和黑色防锈涂层的防护性能进行了研究,研究表明即使表面观察完好的涂层,其涂层性能也存在很大差异。由此进行了车辆涂层不同破损程度的模拟研究,建立了各电化学特征参数Rf,fmin 和 AVG 随涂层破损程度系数 K 的变化规律曲线,为涂层的现场检测与评价提供理论依据。对军用车辆涂层进行了现场实车测试,研究了车体涂层不同失
2、效程度的 EIS 特征,通过提取低频段(10-2Hz-1Hz)的模值,建立了车体涂层实车测试与部件单独测试模值的平均值 Z1 和 Z2 之间的关系曲线,作为现场实车测试的校正曲线,提出评价指标,并尝试性的对多种军用车型涂层状态进行了现场评价。模拟车辆冷却系统腐蚀环境,对发动机冷却系统金属材料的腐蚀行为进行了研究。结果表明铸铁在三种冷却溶液中的腐蚀速度开始随着工作温度的升高而上升,50左右时腐蚀速度达到最大,然后稍有下降;铸铝在三种冷却溶液中的腐蚀速度开始随着温度的升高而上升,其变化速度为先快后慢;黄铜在“自来水” 和“防冻液 ”中,其腐蚀速度开始随温度的升高而下降,65时腐蚀速度最小,温度继续
3、升高,腐蚀速度变快。黄铜在“ 浓缩水” 中 ,其腐蚀速度随温度的升高而加快 ,50左右时达到最大,温度继续上升,腐蚀速度基本不变。研究结果表明,长期不更换冷却溶液对军用车辆冷却系统的腐蚀影响很大。研究了 Cu/Fe和 Cu/Al 电偶对组成不同的面积比,在不同的冷却溶液和不同工作温度时的电偶腐蚀行为,进行了 Cu/Fe 和 Cu/Al 电偶对的电偶腐蚀规律分析。结果表明,随着电偶对阴阳极面积比的不同,电偶腐蚀规律不同,面积比小于 1 时,电偶电流的电流密度与面积比之间遵从较好的半对数直线关系;面积比大于 1 时,则比较复杂。冷却系统金属发生电偶腐蚀时,偶合电位在工作条件下,大部分向阳极金属的腐
4、蚀电位靠近。在冷却系统工作温度范围内,随着温度的升高,电偶电流增加,冷却系统不宜在过高的温度下工作车辆装备冷却系是一个由汽缸、夹套与水箱组成的液冷式密闭循环体系。冷却系金属材料长期直接与冷却电解液接触,又处在常温(发动机不工作情况下)与高温(发动机工作情况下)交替环境下工作,工作环境十分复杂,极易发生腐蚀,引起各种故障,如水箱穿透、发动机缸套穴蚀导致发动机汽应用电化学交流阻抗谱(EIS)技术对车辆冷却系金属腐蚀行为进行了研究。在 5 个温度下,测量 3 种冷却系金属材料在 3 种冷却介质中的阻抗谱。结果表明,3 种金属材料在冷却介质中的腐蚀速度随着温度的升高而增大,但 3 种金属材料在 3 种
5、冷却介质中腐蚀规律有所不同;同时,3 种金属材料在长期使用的冷却水(浓缩水) 中的腐蚀较在自来水和防冻液中更为严重,所以应定期更换车辆发动机冷却水编者按：发动机冷却液模拟使用腐蚀试验台作为检验发动机冷却液的基本台架，几乎被所有国际和企业标准所涵盖。由于发动机冷却液配方定型必须通过该台架的评定，且其各项参数符合目前冷却液的相关标准要求，能实现自动控制，完全模拟发动机的运行环境，故通过短时间的强化试验，可达到行车试验验证的目的，并可减少行车试验的试验费用，缩短试验周期。随着汽车工业技术的进步与发展，汽车逐渐向轻量化、部件铝材化、发动机高转速化、结构紧凑化方向发展，同时对冷却液的要求也更加苛刻。进口
6、原装车及私家车日益增多，对汽车发动机冷却液的质量要求越来越高。目前，国外发动机冷却液的标准主要有美国材料与试验协会（ASTM） D 系列、美国汽车工程师协会（ SAE）J 系列、日本 JIS K 系列及英国 BS 系列等。国内主要有石化行业标准却液在冷却系统实际使用中的各种条件，用于评价冷却液在循环过程中对金属及冷却系统各部件的影响，其性能评价相对于玻璃器皿腐蚀检测项目更贴近实际，同时也是开发冷却液产品很好的工具。1991 年我国参照 ASTM D2570-85发动机冷却液模拟使用腐蚀测定法制定颁布了 SH/T 0088发动机冷却液模拟使用腐蚀测定法这一检测标准。虽然有一些企业、机构根据自身需
7、要陆续研制开发了该套试验装置，但由于装置中部分零部件自行加工生产，未达到标准化，使该装置无法达到规模生产，影响了实验结果的重复性和再现性。为了提高国内冷却液产品的检测水平，保障车辆行车安全，使其与国际检测水平接轨，开发研制符合国内、国际标准要求的发动机冷却液模拟使用腐蚀试验台已迫在眉睫。 、交通行业标准 JT225-1996汽车发动机冷却液安全使用技术条件以及中国标准化协会 CAS 系列。其中 SH0521 非等效采用 ASTM D3306 标准。国外及国内 SH0521、CAS 系列标准中均规定了模拟使用腐蚀项目的性能指标。该项目模拟了冷却液在冷却系统实际使用中的各种条件，用于评价冷却液在循
8、环过程中对金属及冷却系统各部件的影响，其性能评价相对于玻璃器皿腐蚀检测项目更贴近实际，同时也是开发冷却液产品很好的工具。1991 年我国参照 ASTM D2570-85发动机冷却液模拟使用腐蚀测定法制定颁布了 SH/T 0088发动机冷却液模拟使用腐蚀测定法这一检测标准。虽然有一些企业、机构根据自身需要陆续研制开发了该套试验装置，但由于装置中部分零部件自行加工生产，未达到标准化，使该装置无法达到规模生产，影响了实验结果的重复性和再现性。为了提高国内冷却液产品的检测水平，保障车辆行车安全，使其与国际检测水平接轨，开发研制符合国内、国际标准要求的发动机冷却液模拟使用腐蚀试验台已迫在眉睫。1、研制原
9、理及设计原则发动机冷却液模拟使用腐蚀试验台的研发依据 SH/T0088-91发动机冷却液模拟使用腐蚀测定法 、ASTM D2570发动机冷却液模拟使用腐蚀测定法的基本原理设计，试验原理如图 1 所示。38 交通标准化2009 年 9 月下半月刊总第 205 期 TRANSPORT STANDARDIZATION.2 HALF OF SEPT., 2009(No.205)总体设计思路贯穿以下两条基本原则：（1）对标准规定的温度、转速、压力、时间、流量等参数进行精确控制，以期符合标准要求；（2）将标准中所列的每条试验步骤，对应转换为自动控制的工序，从而施行自动控制，以达到操作简便和节省人力的目的。
10、2、模拟使用腐蚀试验台的构造及设计2.1 试验台系统构造试验台系统总体由电器控制柜和系统结构两部分构成，系统结构如图 2 所示。2.2 试验台参数的确定为了满足标准规定的试验要求，根据标准中对温度、转速、压力、真空度、时间、流量等参数的规定，确定试验台架的基本参数如表1 所示。2.3 试验台的设计本试验台通过设计两个自控系统来实现每一个试验步骤的自动控制。2.3.1 自控动力系统电脑 CPU、变频器、隔爆电机、水泵、同步轮、同步带构成的自控动力系统，能够为试验台封闭系统内冷却液的流动提供动力。通过变频器、同步轮、同步带、隔爆电机实现了水泵在 05600r/min 范围内无级变速，即使在试验运行
11、期间，也可以更改转速，从而能够随时、精确地控制系统中的流量参数。同时通过电脑 CPU 的编程控制，可以使试验台按照规定时间停机。2.3.2 自控加热系统由电脑 CPU、SSR 固态继电器、XMT 智能仪表、Pt100 温度传感器、外置电加热器等构成的自控加热系统，通过编制程序，能够实现试验台系统中升温、恒温及在规定时间内恒温等功能。2.3.3 软件系统设计“手动操作”和“工艺流程”程序。通过“手动操作”程序能够手动设定需要的水泵转速以及系统温度，方便对试验台进行检修和维护。为了实现试验的自动控制，在“工艺流程”程序中设计了多道工序，涵盖了标准所列的每条试验步骤（如表 2 所示） ，且一一对应。
12、同时设计“报表窗” ，对实验过程中的实际运行参数（如温度、压力、流量等）进行自动记录，并能够自动生成坐标曲线。工控机控 电机水泵流量计贮液罐压力表温度计玻璃观察 散热器图 1 模拟试验台原理图注：1-流量传感器 ；2- 外置电加热器 ；3-贮存器 ；4-Pt100 温传感器；5-压力传感器 ；6-304 不锈钢管件 ；7-观察管 ；8- 散热器 ；9- 橡胶管； 10-水泵 ； 11-同步带及同步轮 ； 12-隔爆电机图 2 试验台系统结构图表 1 试验台的主要参数工序名称 SH/T0088 标准条款及简要内容ASTM D 2570 标准条款及简要内容 自动控制功能及特点清洗 16070 /1
13、5min7.3.4.2 用自来水充满系统，开动水泵和加热器，加热至 6070 再运转 15min 后停机放净 10.4.2 用自来水充满系统，开动水泵在 6070温度环境下清洗 15min 后停机放净开启后，系统自控水泵转速为 2675r/min ；系统实际自控温度为 65 2 ；当温度达到 65时开始计时，再运转 15min 后自动关闭清洗 288/15min7.3.4.3 用自来水充满系统，打开水泵及加热器，在 883温度 环 境 下 运 转 15min 后停机 10.4.1 用 6070的自来水充满系统，加入 25g 汽车冷却系统清洗剂，打开水泵及加热器，使系统内液体在 88温度环境下，
14、工作 30min10.4.3 用 6070 的自来水充满系统，打开水泵及加热器，使系统内液体在 88温度环境下，工作 15min 开启后，系统自控水泵转速为 2675r/min ；系统实际自控温度为 88 2 ；当温度达到 88 时开始计时，再运转 15min 后自动关闭煤油清洗 5060 /1h4 试验部分4.1 准备工作4.1.1 试样的准备将发动机冷却液的浓缩液与腐蚀性水按标准 SH/T 0065- 1991发动机冷却液或防锈剂试验样品的取样及其水溶液的配制配成冰点为-29 1 的试样。4.1.2 试片的准备按照标准 SH/T 0085-91 的要求，对金属试片进行打磨、清洗、称量。将试
15、片束装配好（如图3 所示） ，拧紧螺帽，以保证接触良好。 4.1.3 装置的准备用自来水充满系统，加入适量汽车冷却系统清洗剂，按其说明书要求清洗 15min 后，放净 ； 然后用自来水充满系统，启动工艺流程中的“清洗 1”，使系统在 6070温度下再运转 15min 后停机放净 ；再用自来水充满系统，启动工艺流程中的“清洗 2”，在883温度下运转 15min 后停机放净系统中的水。在支架上安装三组试片束，各试片束的中心距离为 65mm，把支架固定在贮存器顶部，在贮存器和顶盖之间装一个 O 型圈作密封圈，用螺钉拧紧。4.2 试验步骤将试样从散热器加入口注入系统，为留有冷却液膨胀余量，试样加到加水口下 40mm。通过 “手动操作”程序开启水泵，试样开始循环后，使其安全运转 5min。在散热器加入口敞开的情况下，调整泵转速为 1600r/min，运转 5min 后，调整泵转速为 2200r/min，运转10min 后，通过此操作除去系统中夹杂的过多空气。关闭系统，在试样不流动、不加热的情况下，保持试片静止，预浸 24h。开启工艺流程中的“模拟腐蚀试验” 。当系统温度第一次工序名称 SH/T0088 标准条款及简要内容 ASTM D 2570 标准条款及简要内容 自动控制功能及特点异丙醇清洗 15min
