CN102559153A - 一种重负荷发动机冷却液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重负荷发动机冷却液及其制备方法，由乙二醇、一元、二元脂肪羧酸及其碱金属盐、叔丁基苯甲酸、安息香酸、有机磷酸酯、钼酸盐、亚硝酸钠、铜缓蚀剂、消泡剂及去离子水组成，本发明的重负荷发动机冷却液不含除重负荷标准要求的钼酸盐、亚硝酸盐以外的无机盐，是一种OAT技术为基础的全配方重负荷冷却液。该技术可有效降低重负荷发动机的气穴腐蚀，减少水泵密封垫泄露，克服了低硅酸盐型重负荷发动机冷却液使用过程补加SCA的难点。

Description

一种重负荷发动机冷却液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种发动机冷却液及其制备方法，尤其是涉及一种重负荷发动机冷却液及其制备方法。 

背景技术

随着汽车工业的发展，重负荷发动机活塞平均有效压力的提高使发动机的振动加剧，也使发动机的温度提高。重负荷发动机与轻负荷发动机冷却系统有很大不同的是其采用湿式缸套衬里，冷却液与缸套直接接触。由于重负荷发动机设计、机构、材质和使用工况的苛刻性，决定了其使用的冷却液比普通轻负荷发动机具有更高要求。重负荷发动机工作时，缸套产生高频振动，泡沫随着高频振动不断产生和破裂，使金属表面氧化膜脱落，出现急速的疲劳破坏而形成气穴腐蚀，为了解决此问题要求采用具有优良防气穴腐蚀能力的重负荷发动机冷却液。目前重负荷发动机的冷却液常见问题是气缸套点蚀和水泵漏泄。

在重负荷冷却液标准方面，美国有ASTM D 6210《全配方重负荷发动机冷却液》和ASTMD4985《低硅酸盐型重负荷发动机冷却液》。我国依据美国材料试验协会标准，新修订的NB/SH/T 0521-2010《发动机冷却液》中，也参照ASTM D 6210制定了全配方重负荷发动冷却液的产品标准。我国当前使用现状是大部分车辆加注轻负荷发动机冷却液，只有少数发动机进口的重型车辆，根据车辆说明书采用低硅酸盐型重负荷发动机冷却液。低硅酸盐型重负荷发动机冷却液在使用过程中要按照周期加入SCA补强剂，然而当冷却液减少时，补充SCA是件困难的事情，因为很难知道已经消耗了多少缓蚀剂。另外，低硅酸盐型重负荷发动机冷却液使用中还存在硅酸盐析出的问题，该问题为重负荷发动机冷却液使用过程中遇到的大难题，而SCA的加入，使硅酸盐析出问题更加复杂化。硅酸盐的析出还导致水泵垫圈渗漏，这主要是由于重负荷冷却液在使用过程中析出硅酸盐和含固体物较多所致。因为影响因素多，水泵垫圈渗漏问题比较难以解决。为了最大限度地防止硅酸盐析出，重负荷冷却液中硅酸盐使用量不能太高。

中国专利CN101602936 B公开了一种适应于重型商用车低硅含量冷却液，其主体采用大量的无机盐复配缓蚀剂，是针对ASTM D4985标准需加补强剂的技术，硅酸盐的析出和无机盐固体污垢问题较为突出，水泵垫圈渗漏严重。专利CN101210172A公开的重负荷发动机冷却液，含有较多硼砂等无机盐，没有复配任何有机羧酸，其技术对冷却系统铝材的腐蚀难以解决。中国专利CN101550332A公开的重负荷发动机冷却液，其中含有砷化碘剧毒物质。且上述三种技术均属低硅酸盐型冷却液，不满足ASTM D 6210《全配方重负荷发动机冷却液》的要求。满足ASTM D 6210的重负荷发动机冷却液未见报道。 

发明内容

本发明设计了一种重负荷发动机冷却液及其制备方法，其解决的技术问题是现有重负荷发动机的冷却液容易造成气缸套点蚀和水泵漏泄。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案： 

一种重负荷发动机冷却液，其特征在于，按下列组分比例经混合搅拌而成：   

组分                                                        重量百分数

乙二醇                                                   30～94％；

一元脂肪羧酸或其碱金属盐               0.5～5.0%；

二元脂肪羧酸或其碱金属盐               0.5～8.0%；

叔丁基苯甲酸                                       0.1～1.0%；

安息香酸                                               0.1～2.5%；

有机磷酸酯                                          0.01～1.5%；

钼酸盐                                                  0.01～0.5%；

亚硝酸钠                                              0.1～1.0%；

铜缓蚀剂                                              0.01～0.3%；   

消泡剂                                                  0.002～0.5%；

去离子水                                              余量。

进一步，所述一元脂肪羧酸为己酸、庚酸、辛酸、异辛酸、壬酸、癸酸、新癸酸、十一烷酸以及十二烷酸中一种或任意两种组合；所述一元脂肪羧酸碱金属盐为己酸、庚酸、辛酸、异辛酸、壬酸、癸酸、新癸酸、十一烷酸以及十二烷酸碱金属盐中一种或任意两种组合。其中尤以辛酸和异辛酸为首选。一元羧酸的引入，可以有效抑制铝合金及铸铁的点蚀。

进一步，所述二元脂肪羧酸为己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸以及癸二酸中一种或任意多种组合；尤以辛二酸和癸二酸为首选。所述二元脂肪羧酸碱金属盐为己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸以及癸二酸碱金属盐中一种或任意多种组合。二元羧酸可以防止发动机冷却系统各金属全面保护，尤其对铸铝合金和焊锡的保护更为有效。二元羧酸在硬度水中能与钙、镁离子形成络合物，提高了冷却液的抗硬水能力。

进一步，所述有机磷酸酯为单十二烷基磷酸酯、磷酸三酯、酚醚磷酸酯中的一种。以磷酸三酯为首选。如法国罗地亚的ASI 80。有机磷酸酯的加入，解决了国内外OAT技术冷却液使铝合金发黑和铸铁镀膜问题。有机磷酸酯复配了少量的脂肪酰胺，解决了磷酸酯的溶解性问题。

进一步，所述叔丁基苯甲酸和所述安息香酸重量配比为1.2:1至1.5:1。以1.38:1的比例为最佳。叔丁基苯甲酸和安息香酸的复配，解决了行业一般认为苯甲酸钠是黑色金属的缓蚀剂，且在 5％以下对铸铁不利的问题。

进一步，所述钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵和钼酸锂中的一种或任意多种。

进一步，所述钼酸盐和所述亚硝酸钠之间重量配比为1:3至1:6。以1:4.1为最佳。钼酸盐和亚硝酸钠协同缓蚀剂，通过对配比优化后，不但大大提高了冷却液的抗气穴腐蚀性能，也降低了亚硝酸钠的使用量，减少亚硝酸盐加剧铝合金传热腐蚀的风险。

进一步，所述铜缓蚀剂选自苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑以及巯基苯骈噻唑中的一种或任意多种。首选苯骈三氮唑和甲基苯骈三氮唑。

进一步，所述消泡剂选自有机硅氧烷和聚磷酸酯的组合。

进一步，所述有机硅氧烷和所述聚磷酸酯的重量配比为1:3。有机酸缓蚀剂较无机盐缓蚀剂的缺陷是能产生大量的泡沫，且不易消除。单独的有机硅氧烷消泡剂已经不能解决OAT技术的泡沫控制问题。经大量的研究，以有机硅氧烷和聚磷酸酯复配的消泡剂，有效解决了冷却液的抑泡及消泡问题。

一种重负荷发动机冷却液的制备方法，包括以下步骤：

首先、按照配方规定的各物质的量，取适量的乙二醇和去离子水投入反应釜中，在常温下搅拌20分钟；

其次、然后再取适量的脂肪羧酸及其碱金属盐、叔丁基苯甲酸、安息香酸、钼酸盐、钼酸盐、亚硝酸钠、铜缓蚀剂依次加入反应釜中，搅拌60分钟后；

最后、有机磷酸酯复配了脂肪酰胺，加入改性后的有机磷酸酯，搅拌10分钟后，再加入按比例复配好的消泡剂，直至完全溶解即可。

该重负荷发动机冷却液及其制备方法具有以下有益效果：

（1）本发明的重负荷发动机冷却液由于不含除重负荷标准要求的钼酸盐、亚硝酸盐以外的无机盐，是一种OAT技术的全配方重负荷冷却液。可有效降低重负荷发动机的气穴腐蚀，减少水泵密封垫泄露，克服了低硅酸盐型重负荷发动机冷却液使用过程补加SCA的难点。

（2）本发明通过对脂肪一元羧酸、脂肪二元羧酸、亚硝酸钠、钼酸钠等缓蚀剂对发动机缸套铸铁材质的穴蚀评价，优化各缓蚀剂之间的协同作用，筛选出了能有效防止发动机冷却系统内所接触的所有金属和非金属材料腐蚀、特别是防止重负荷发动机气穴腐蚀的优异配方。

（3）本发明在OAT技术上引入抗气穴缓蚀剂，使冷却液能减少因无机盐析出而导致水泵水封泄露，弥补了使用过程需加入SCA补强剂的缺陷，且使用周期大大延长。

附图说明

图1：使用现有使用低硅酸盐型A冷却液的试验铸铁试件的效果图；

图2：使用现有使用低硅酸盐型B冷却液的试验铸铁试件的效果图；

图3：使用本发明冷却液的试验铸铁试件的效果图。

具体实施方式

本发明的冷却液配方经过大量的筛选实验，得到了经济合理和技术优异的配方组合。表1是8个实施例配方：

本发明的发动机冷却液性能指标数据见下表2：

为了证明本发明的重负荷发动机冷却液对金属保护优于常规的低硅酸盐型重负荷冷却液，对三种冷却液进行了对比腐蚀试验和超声波气穴震动腐蚀试验，腐蚀对比实验结果见下表3：

图1和图2所示，超声波气穴震动腐蚀试验铸铁试件分别在低硅酸盐型A冷却液和低硅酸盐型B冷却液作用下，表面都形成大量的气穴腐蚀。但如图3所示，本发明发动机冷却液作用下的试验铸铁试件表面光滑，没有形成大量的气穴腐蚀。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种重负荷发动机冷却液，其特征在于，按下列组分比例经混合搅拌而成：   

组分                                                       重量百分数

乙二醇                                                   30～94％；

一元脂肪羧酸或其碱金属盐              0.5～5.0%；

二元脂肪羧酸或其碱金属盐              0.5～8.0%；

叔丁基苯甲酸                                       0.1～1.0%；

安息香酸                                              0.1～2.5%；

有机磷酸酯                                          0.01～1.5%；

钼酸盐                                                  0.01～0.5%；

亚硝酸钠                                              0.1～1.0%；

铜缓蚀剂                                              0.01～0.3%；   

消泡剂                                                   0.002～0.5%；

去离子水                                               余量。

2.根据权利要求1所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述一元脂肪羧酸为己酸、庚酸、辛酸、异辛酸、壬酸、癸酸、新癸酸、十一烷酸以及十二烷酸中一种或任意两种组合；所述一元脂肪羧酸碱金属盐为己酸、庚酸、辛酸、异辛酸、壬酸、癸酸、新癸酸、十一烷酸以及十二烷酸碱金属盐中一种或任意两种组合。

3.根据权利要求1或2所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述二元脂肪羧酸为己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸以及癸二酸中一种或任意多种组合；所述二元脂肪羧酸碱金属盐为己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸以及癸二酸碱金属盐中一种或任意多种组合。

4.根据权利要求1、2或3所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述有机磷酸酯为单十二烷基磷酸酯、磷酸三酯、酚醚磷酸酯中的一种。

5.根据权利要求4所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述叔丁基苯甲酸和所述安息香酸重量配比为1.2:1至1.5:1。

6.根据权利要求1至5至任何一项所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵和钼酸锂中的一种或任意多种。

7.根据权利要求6所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述钼酸盐和所述亚硝酸钠之间重量配比为1:3至1:6。

8.根据权利要求1所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述铜缓蚀剂选自苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑以及巯基苯骈噻唑中的一种或任意多种。

9.根据权利要求1所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述消泡剂选自有机硅氧烷和聚磷酸酯的组合。

10.根据权利要求9所述重负荷发动机冷却液，其特征在于：所述有机硅氧烷和所述聚磷酸酯的重量配比为1:3。

11.一种权利要求1至10任何一项重负荷发动机冷却液的制备方法，包括以下步骤：

首先、按照配方规定的各物质的量，取适量的乙二醇和去离子水投入反应釜中，在常温下搅拌20分钟；

其次、然后再取适量的脂肪羧酸及其碱金属盐、叔丁基苯甲酸、安息香酸、钼酸盐、钼酸盐、亚硝酸钠、铜缓蚀剂依次加入反应釜中，搅拌60分钟后；

最后、有机磷酸酯复配了脂肪酰胺，加入改性后的有机磷酸酯，搅拌10分钟后，再加入按比例复配好的消泡剂，直至完全溶解即可。

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