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乙二醇水溶液腐蚀抑制剂的性能研究
   发布日期：2011-11-23   来源：陕西省石油化工研究设计院   作者：刘彦锋  
导读：本文研究了由WH-8缓释剂、钼酸钠、消泡剂SA、有机硅氧烷稳定剂等组成的乙二醇水溶液腐蚀抑制剂的缓蚀性能。结果表明,在33. 3%乙二醇溶液中,温度为(88±2)℃, 14 d,用量为1. 0%时,该腐蚀抑制剂对焊锡、铝、黄铜、紫铜、钢、铁都可以起到优异的腐蚀抑制作用,达到乙二醇型冷却液标准SH 0521—1999的要求。
 
 
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刘彦锋1,刘世川1,陈晓东1,李霁阳1,王生光2,王宛蓉3
    (1.陕西省石油化工研究设计院,陕西西安　710054; 2.西安化学试剂厂,陕西西安　710065;3.西安北方庆华机电集团有限公司,陕西西安　710025)
    摘　要:研究了由WH-8缓释剂、钼酸钠、消泡剂SA、有机硅氧烷稳定剂等组成的乙二醇水溶液腐蚀抑制剂的缓蚀性能。结果表明,在33. 3%乙 二醇溶液中,温度为(88±2)℃, 14 d,用量为1. 0%时,该腐蚀抑制剂对焊锡、铝、黄铜、紫铜、钢、铁都可以起到优异的腐蚀抑制作用,达到乙 二醇型冷却液标准SH 0521—1999的要求。
    关键词:乙二醇;腐蚀抑制剂;防冻液
    中图分类号:TG174. 42　　　文献标识码:B　　　文章编号: 1671-3206(2009)06-0921-03
    乙二醇与其他防冻剂相比,具有价格适中、沸点较高、性能优异、原料易得等特点,已广泛应用在汽车冷却系统,有效地解决发动机在冬季的防冻问题。但 是,乙二醇长时间在高温下运行,同时与空气接触时,被氧化生成酸性的乙二醇衍生物,如乙二酸、乙醛酸、乙醇酸等,这些酸性物质对汽车发动机冷却系统各种金 属的腐蚀都很显著[1],腐蚀产物的析出会引起发动机过热、点蚀和穿孔腐蚀,进而降低发动机的使用寿命,导致汽车不能够正常运行。
    乙二醇型发动机冷却液在使用过程中,容易产生泡沫,气泡在溃灭过程中产生的微射流或冲击波对机件产生损伤———穴蚀[2](又称气蚀、空蚀)。穴 蚀现象开始是变色,表面局部呈灰白色,而后逐步变粗糙,继而呈现出麻点和针孔,并逐渐向深处发展,最后产生散落或形成局部聚集的蜂窝状孔群,严重的针孔可 穿透机件。因此,以乙二醇作为防冻剂的冷却液必须添加腐蚀抑制剂[3-7]。
    1　实验部分
    1.1　试剂与仪器
    碳酸氢钠、氯化钠、无水硫酸钠、盐酸、冰醋酸、三氧化二铬、磷酸、硝酸、硼砂、葵二酸、钼酸钠、无水乙醇均为分析纯;乙二醇、亚硝酸钠、促进剂 M、苯骈三氮唑、苯甲酸、消泡剂SA、乙二胺四乙酸、三乙醇胺、一乙醇胺等均为工业级;WH-8腐蚀抑制剂。FLY93-135/168传热腐蚀试验仪; 试验泵( BUICK泵GM25527536号);发动机前盖(GM25515465号)。
    1.2　试片
    20#钢(50mm×25mm×2mm),黄铜(50mm×25 mm×2 mm),铸铝(50 mm×25 mm×3. 5 mm),铸铁 (50 mm×25 mm×3. 5 mm);紫铜(50 mm×25mm×2mm),焊料(50mm×25mm×3. 5mm),黄铜支架 (50 mm×25 mm×2 mm);黄铜垫圈、绝缘套管。
    1.3　溶液配置
    1. 3. 1　腐蚀水的制备　将148 mg无水硫酸钠、165 mg氯化钠、138 mg碳酸氢钠溶于667 mL蒸馏水中,搅拌混合均匀。
    1. 3. 2　33. 3%乙二醇水溶液的配制　称取333 g工业乙二醇和667 g水,倒入1 L的烧杯中,混合均匀后备用。
    1.4　实验方法
    1. 4. 1　腐蚀实验　按照行业标准SH /T0085—91的实验方法对腐蚀抑制剂进行腐蚀性实验, 33. 3%乙二醇水溶液,材料为铸 铁、20#钢、铸铝、焊锡、黄铜、紫铜6种金属标准试片,用静态挂片法,温度(88±2)℃, 14 d,测定实验前后各金属试片的失重。
    1. 4. 2　气穴腐蚀实验　按照行业标准SH /T0087—91的规定进行气穴腐蚀实验。
    1. 4. 3　台架实验　按照行业标准SH /T0620—95的规定进行台架实验。
    2　结果与讨论
    2.1　腐蚀抑制剂的筛选
    在1. 4. 1节实验条件下,腐蚀抑制剂的添加量为0. 5%,考察腐蚀抑制剂的缓蚀性能,结果见表1。
             
    由表1可知,乙二醇水溶液不加缓蚀剂时,对各种材质腐蚀严重,添加适量的腐蚀抑制剂时,腐蚀抑制剂WH-8的缓蚀性能明显优于单一品种腐蚀抑制剂 的性能,但不能同时有效保护几种金属。因此,决定在腐蚀抑制剂WH-8的基础上,配方加入铜、铸铝的特效腐蚀抑制剂、防腐剂、pH缓冲剂、消泡剂以及阻垢 剂,组成5个配方,配方见表2,腐蚀抑制效果见表3。
             
    由表3可知,混合型腐蚀抑制剂比单一型腐蚀抑制剂的使用效果更好,配方2、3、4、5的防腐效果较配方1的好,但配方中含有磷酸钠、乙醇胺和硼砂 等物质,不符合环保要求。配方1对铸铝的腐蚀抑制指标仍然大于汽车及轻负荷发动机用乙二醇型冷却液(SH 0521—1999)标准中规定的30 mg以 下。在乙二醇的水溶液中,在汽车冷却系统各种金属材质中铝的腐蚀量最大,甚至产生点蚀、气蚀,加之现在汽车向着轻型、物美、价廉的方向发展,因此,汽车冷 却系统中铝的防腐蚀显得尤为重要。为寻找较为理想的绿色防腐体系,我们调整配方1中硅酸钠的用量,其它实验条件同上,测定对铸铝的腐蚀抑制效果,结果见图 1。
             
    由图1可知,随着硅酸钠用量的增加,铸铝的失重损失越来越小,当用量大于0. 7 g/750 mL的乙二醇水溶液时,其对铸铝的腐蚀抑制效果变 化不大。因此,选用硅酸钠的用量为0. 7 g左右,混合型腐蚀抑制剂配方中其它腐蚀抑制剂的用量不变,其对各种材质的腐蚀抑制效果见表4。
             
    由表4可知,新的混合型腐蚀抑制剂的抑制效果可以满足汽车及轻负荷发动机用乙二醇型冷却液(SH 0521—1999)标准中规定的要求。
    2.2　腐蚀抑制剂在乙二醇溶液中的稳定性
    实验中发现,腐蚀抑制剂在乙二醇溶液中易出现凝胶现象,这主要是硅酸钠造成的。为了解决这个问题,在乙二醇溶液中加入凝胶稳定剂[8],加入少量 有机硅氧烷稳定剂[(2, 3-二羟基丙氧基)-丙基硅氧烷]时,体系正常。加入70×10-6有机硅氧烷稳定剂时,有效控制凝胶的产生。
    2.3　气穴腐蚀实验
    用标准中规定的铝制汽车水泵,泵送试样,使其在113℃、103 kPa、泵转速为4 600 r/min的条件下,运转100 h,而后检查水 泵,计算气穴腐蚀程度,并根据分级系统进行评级。结果表明,该混合型腐蚀抑制剂在乙二醇水溶液中具有很好的防穴蚀性能,气穴腐蚀程度级数为9级,完全满足 汽车及轻负荷发动机用乙二醇型冷却液标准中规定的8级或8级以上要求。
    2.4　台架试验
    将发动机铝质缸盖常用的铸铝合金加工成试件,称量后将试件的实验面浸在发动机500mL乙二醇冷却液试样中,接上通空气管,装上安全罩。用压缩空 气对传热腐蚀室逐渐加压至140 kPa。接通加热器对试件进行加热,随着温度的上升,传热腐蚀室的压力逐渐升高。当试件温度达到(135±1)℃,传热 腐蚀室压力为190~200 kPa时,记录实验时间,恒温168 h。实验结束后,将试件进行清洗处理,再次称量,以校正后的试件质量变化值评价腐蚀。 实验结果为0. 32 mg/( cm2·周), (标准为1. 0 mg/(cm2·周),铸铝试片表面无点蚀,光亮如新,几乎无腐蚀。
    3　结论
    (1)腐蚀抑制剂中硅酸钠的含量为1%,有机硅氧烷稳定剂[(2, 3-二羟基丙氧基)-丙基硅氧烷]为70×10-6,在33. 3%乙二醇水 溶液中,温度为(88±2)℃, 14 d,腐蚀抑制剂用量为1. 0%时,对焊锡、铸铝、黄铜、紫铜、20#钢、铸铁都可以起到优异的腐蚀抑制作用,可 以满足汽车及轻负荷发动机用乙二醇型冷却液(SH 0521—1999)标准的要求。
    (2)该腐蚀抑制剂在113℃、103 kPa、泵转速4 600 r/min的条件下,运转100 h后,其气穴腐蚀程度可以达到9级,完全满足汽车及轻负荷发动机用乙二醇型冷却液标准。
    (3)台架实验结果表明,该腐蚀抑制剂在(135±1)℃下,压力为190~200 kPa时,恒温168h,铸铝试件的失重为0. 32 mg/(cm2·周),标准为1. 0 mg/(cm2·周),铸铝试片表面无点蚀,光亮如新,几乎无腐蚀。
    (4)该腐蚀抑制剂为无机物与有机物的混合物,无胺、无磷,无亚硝酸盐、低毒。经多次实验表明,将其添加于乙二醇水溶液中,抗硅酸盐凝胶沉淀。
参考文献:
[1]吴良彪,甘黎明,杨惠玲.多功能环保型防冻液对金属腐蚀性的研究[J].兰州石化职业技术学院学报,2000, 8(1): 5-7.
[2]卢敦华,谢卫华,解琪,等.防冻液的防腐蚀性能[J].腐蚀与防护, 2003, 24(5): 210-212.
[3]张天胜.缓蚀剂[M].北京:化学工业出版社, 2001.
[4]张凯蟜.高性能汽车防冻液腐蚀抑制剂的研究[J].润滑与密封, 2002(2): 24-28.
[5]谢明勇.日用化学品实用生产技术与配方[M].南昌:江西科学技术出版社, 1994: 68.
[6]王洪海,赵延萍.防冻剂在环境监测中的研究与应用[J].山东环境, 2003(6): 50-51.
[7]熊炯辉,欧运归.防冻液中多金属缓蚀剂的研究[J].化学清洗, 1994, 10(3): 29-32.
[8]周成文.浅谈硅酸盐被膜剂的缓蚀阻垢机理[J].辽宁化工, 1992(2): 46-48.