汽车防冻液中多金属缓蚀剂的研究

2018-10-21赵西在

大科技·D版 2018年7期

摘要：本文采用实验的方法，确定了硼砂、NaNO3、C7H5NaO2和苯并三氮唑的最佳添加量，得到一套既能保证缓蚀效果，又环保、低毒的缓蚀剂配方，为现代汽车工业发展奠定良好基础。

关键词：汽车防冻液；缓蚀剂

中图分类号：TG174.42 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0357-02

在发动机的冷却系统当中，防冻液为重要散热介质，现阶段我国主要使用的防冻液类型为乙二醇型，其区别主要表现为所用防腐体系。对防冻液而言，其防腐蚀性能，对整个冷却系统，甚至发动机，都有重要影响，在很大程度上决定了其使用说明。基于此，对防腐性能进行分析研究，是防冻液研究与发展的焦点。

1 实验

目前，常用缓蚀剂有下列几种：①对于铁、锡和钢，其特效缓蚀剂包括有机酸、铬酸盐、胺类和硝酸盐；②对于黄铜和紫铜，其特效缓蚀剂包括苯并三氮唑等；③对于铝金属，其特效缓蚀剂包括C7H5NaO2、硝酸盐等。许多缓蚀剂的配方都含有对环境与人体健康有害的成分，无法适应现代汽车研究与发展基本要求，需要尽快予以配方改良[1]。

本次分析将铁金属缓蚀剂确定为硼砂，铜金属缓蚀剂确定为苯并三氮唑，钢缓蚀剂确定为C7H5NaO2，锡金属缓蚀剂确定为NaNO3，利用缓蚀剂之间的协同作用，对金属进行有效缓蚀。同时，通过对缓蚀效果的准确测定，确定一套最佳配方。

1.1 实验试剂、材料和仪器

实验试剂与材料主要包括：达到分析纯的硼砂、NaOH、NaNO3、C7H5NaO2和苯并三氮唑；工业品乙二醇，其质量分数应达到99%以上；铸铁试片、铸铝试片、黄铜试片、钢试片、焊锡试片，其规格尺寸为（20×60×3）mm。实验仪器采用加温腐蚀器，同时应带有回流冷凝装置，此外还包括搅拌机、水浴锅、干燥箱与电子天平。

1.2 实验方法

根据行业标准，实验方法确定为静态挂片法。向玻璃瓶中添加防冻液，制得基液，所用防冻液中，水和乙二醇的比例为1：1，共添加100mL，然后添加缓蚀剂，将pH值调整到7.5，悬挂试片后予以覆盖。以实验前和实验后的试片质量差为依据，绘制失重曲线，以86～90℃的温度持续加热10h，达到最终的缓蚀效果[2]。

2 实验结果和讨论

2.1 铁缓蚀剂

向6份基液当中加入数量不同的硼砂，然后悬挂铁片和铝片，使试片被基液淹没，覆盖后放到干燥箱内，将温度严格控制在86～90℃范围内，持续干燥10h后将试片从干燥箱内取出，利用蒸馏水进行清洗，待晾干后称重。根据实验前和实验后试片质量发生的变化，绘制相应的失重曲线，如图1所示。

从图1可以看出，伴随硼砂实际添加量不断增加，铁试片腐蚀量明显变化，在硼砂实际添加量达到1.05g/100mL后，其腐蚀量处在最小值；铝试片腐蚀量受硼砂实际添加量的影响相对较小。基于此，将硼砂最佳添加量初步确定为1.05g/100mL[3]。

2.2 铜缓蚀剂

向6份基液当中加入等量硼砂，其添加量为1.05g，添加不同数量的苯并三氮唑，将pH值调整到7.5，在试剂中悬挂铜试片，对比实验前和实验后试片质量变化，据此绘制失重曲线，如图2所示。

从图2可以看出，伴随苯并三氮唑添加量不断增加，试片腐蚀量产生明显变化，而且在苯并三氮唑实际添加量达到0.23g/100mL后，其腐蚀量达到最小。据此，将苯并三氮唑最佳添加量初步确定为0.23g/100mL。

2.3 钢缓蚀剂

向6份基液当中加入等量硼砂与苯并三氮唑，添加量分别为1.05g/100mL、0.23g/100mL，然后添加不同数量的C7H5NaO2，将pH值调整到7.5，在试液中悬挂钢试片，对比实验前和实验后试片质量变化，并据此绘制矢量曲线，如图3所示。

从图3可以看出，伴随C7H5NaO2添加量不断增加，试片腐蚀量明显增加，而且在C7H5NaO2添加量达到0.12g/100mL后，试件腐蚀量达到最小，因此，将其最佳添加量初步确定为0.12g/100mL。

2.4 锡缓蚀剂

向6份基液当中加入等量硼砂、苯并三氮唑与C7H5NaO2，添加量分别为1.05g/100mL、0.23g/100mL和0.12g/100mL，然后添加不同数量的NaNO3，将pH值调整到7.5，在试液中悬挂锡试片，对比实验前和实验后试片质量变化，并据此绘制矢量曲线，如图4所示。

从图4可以看出，伴随NaNO3实际添加量不断增加，试片腐蚀量明显变化，而且在NaNO3添加量达到0.29g/100mL后，试件腐蚀量达到最小，因此，将其最佳添加量初步确定为0.29g/100mL。

根据以上实验和分析结果，可将硼砂、苯并三氮唑、C7H5NaO2和NaNO3的添加量分别确定为1.05g/100mL、0.23g/100mL、0.12g/100mL、0.29g/100mL，以此确保防冻液具有良好的缓蚀作用[4]。

3 汽车防冻液配方测试

在100mL基液中分别加入硼砂1.05g、苯并三氮唑0.23g、C7H5NaO20.12g、NaNO30.29g，将pH值调整到7.5后，在试液中分别悬挂铁试片、铜试片、钢试片、锡试片和铝试片，将温度严格控制在86～90℃范围内，静待336h以后，对以上各试片在实验前和实验后质量发生的变化进行测定[5]。测定结果为：①铝试片：腐蚀率的实测结果为0.008g·cm-2·h-1，标准腐蚀率为0.089mg·cm-2·h-1，试片在完成试验后稍有失光；②铁试片：腐蚀率的实测结果为0.017g·cm-2·h-1，标准腐蚀率为0.030mg·cm-2·h-1，试片在完成试验后光亮如初；③钢试片：腐蚀率的实测结果为0.025g·cm-2·h-1，标准腐蚀率为0.030mg·cm-2·h-1，试片在完成试验后光亮如初；④铜试片：腐蚀率的实测结果为0.008g·cm-2·h-1，标准腐蚀率为0.030mg·cm-2·h-1，试片在完成试验后光亮如初；⑤锡试片：腐蚀率的实测结果为0.017g·cm-2·h-1，标准腐蚀率为0.089mg·cm-2·h-1，试片在完成试验后光亮如初[6]。

从以上结果可以看出，此配方对上述五种金属均有良好缓蚀效果，各自的腐蚀率实测结果都比标准腐蚀率小。

4 結论

通过以上实验与分析，可得出以下结论：

（1）由硼砂、苯并三氮唑、C7H5NaO2、NaNO3等缓蚀剂构成的汽车防冻液，其对五种目标金属（即铁、铜、钢、锡、铝），都能对腐蚀现象进行有效抑制，并发挥出良好的协同效应，所有技术指标都能满足现行技术规范与行业标准，同时未产生腐蚀与孔蚀。

（2）在上述提到的配方当中，没有环保法律法规明令禁止使用的胺类化合物与亚硝酸盐，同时也没有在遇到硬水后会生成沉淀物质的磷酸盐。可见，这是一种环保且低毒的缓蚀剂配方。

（3）上述提到的配方当中，所用缓蚀剂价格较低，工艺方法简单可行，可配制出浓缩的防冻液，为运输和存储提供便利，防止对环境造成太大的破坏与污染，进而创造出理想的社会效益与经济效益。

参考文献

[1]孙文涛，孙珂.关于重型载货汽车防冻液渗漏问题的分析与改进[J].汽车实用技术，2017（16）：204～206.

[2]廖辉云，陈炳耀，杨善杰，潘津炼.汽车防冻液再生使用的研究[J].广东化工，2016，43（19）：63～64+67.

[3]王文强，夏山鹏，聂永涛.汽车防冻液的正确认识和使用[J].河南科技，2016（17）：83～84.

[4]王欢，石薇薇，韩冬云，李秀萍，曹祖宾.煤制乙二醇副产物制汽车防冻液中缓蚀剂的研究[J].应用化工，2016，45（02）：308～311.

[5]张媛，李鑫晟，吴广峰.水溶性聚苯胺改性汽车防冻液的性能研究[J].塑料工业，2015，43（04）：127～129+134.