四川理工学院毕业论文AZ91D镁合金在汽车发动机冷却液中的缓蚀剂研究文献综述学生：李利学号：11031020207专业:材料科学与工程班级：防腐2011.2指导老师：龚敏四川理工学院材料与化学工程学院二〇一五年六月摘要镁合金因具有密度低，比强度、比刚度高、铸造性、切削加工性能好、价格低廉和可回收利用等优点，被广泛地应用于汽车制造、航空航天和电子工业等领域。

本文根据镁合金的应用及性能，以及乙二醇冷却液的特点，进行了一些实验方法的分析，了解镁合金在乙二醇冷却液中的腐蚀机理、腐蚀过程及影响因素，选择合适的缓蚀剂，使镁合金在乙二醇腐蚀液中有较好的缓蚀性能，对镁合金在汽车发动机冷却系统的工业应用具有重大意义。

关键字：镁合金乙二醇汽车发动冷却液失重法电化学法第一章绪论1.1 研究背景及意义为了减少废气污染、降低能源消耗，汽车工业目前向着减轻车身重量的方向发展．而镁合金是最轻的金属结构材料，具有比强度高、加工焊接和阻尼性能好、尺寸温度。

价格低廉和可回收利用等优点，在汽车、电子、机械、航空及航天等领域具有广阔的应用前景[1]。

但是镁合金的化学和电化学活性都很高，在潮湿大气、酸性、中性或弱碱性的溶液中易被腐蚀[2]。

在冷却液体系下也极易被腐蚀，这大大限制了镁合金的应用前景，因此必须考虑镁合金的各种腐蚀问题以及采取正确的解决办法。

如果在汽车发动机缸体及冷却系统中采用镁合金，则必须通过向冷却液中添加缓蚀剂来解决镁合金的腐蚀问题[3～7]．目前国内使用的商品汽车冷却液有两种，常用的是水一乙二醇体系，其主要成分为30%～70%（体积分数）的乙二醇；但是，乙二醇型发动机冷却液会使用时分解生成乙二醇醛、乙二醇酸、乙二醛、乙二醛酸、乙二酸( 草酸) 等物质，温度较高时，会严重腐蚀镁及镁合金材料[8]！可是现在的商用汽车冷却液，对于铝合金、铸铁等传统发动机材料的减轻腐蚀，延长寿命有良好作用；但是对于新型材料镁合金在现有商用冷却液中的腐蚀作用机理研究还是比较少的!所以研究镁合金在乙二醇型冷却液中的腐蚀行为，了解其腐蚀机理、腐蚀过程及影响因素，研发新的缓蚀剂，减轻镁合金在冷却液中的腐蚀，增加发动机系统的使用寿命，并应用于现代汽车发动机系统中，对汽车工业具有重大意义。

1.2镁合金的特性及应用现状1.2.1镁及其合金的特点镁在地球上的储量排第八位，含量大约占到2.7%仅次于铝和铁，是结构最轻的金属材料之一。

现已知的镁矿多达百余种，极具工业价值的有白云石、菱镁矿和光卤石等，其中以白云石分布最为广泛。

此外，海水中也含有丰富的镁，约占到0.13%，整个海洋分布总的镁含量高达2.1×1015t。

因此，在大量金属即将趋于枯竭的今天，加速开发镁金属材料取代其它金属是实现可持续发展的一个重要措施[9]。

镁合金是当前世界发展、应用最快的轻合金，由于性能独特，正成为继钢铁、铝之后第三大金属工程材料，被材料专家誉为“21世纪最具开发和应用潜力的绿色工程材料”[10]。

相比其他材料，镁合金材料的优点主要表现在以下几个方面[11]：（1）重量轻镁的密度为1.73g/cm3，仅为铝的2/3，铁的1/4。

同样复杂的零部件，采用镁合金时，则其重量比锡轻1/3，比钢轻1/2。

（2）比强度高镁合金的比强度高于铝合金和钢/铁，比刚度则与铝合金和钢/铁相当，能够承受较大负荷。

在同样的刚性条件下，1kg 镁合金的坚固度相当于18kg 的铝或2.1kg 的钢。

（3）具有良好的铸造性和尺寸稳定性在保持良好结构的条件下，镁制品壁厚可小于0.16mm。

在100℃以下，镁合金可以长时间保持其尺寸的稳定性(事实上几乎观察不到工件尺寸的变化)；即使在不需要退火和消除应力的条件下，镁合金也能保持其尺寸稳定性，其体积收缩仅为6%，是铸造金属中收缩量最低的一种。

（4）高的阻尼和吸振、减振性[9]镁合金具有较高的阻尼容量和极好的吸振、减振性能，可以承受较大的冲击载荷。

此性能优于钢和铝，适宜于制造需要承受猛烈冲击的零部件，提高其可靠性。

（5）具有很强的再生性废旧镁合金铸件具有可回收再熔化利用的特性。

回收的镁合金可直接熔化再进行浇铸，形成的新铸件机械性能不会降低。

随着对镁合金等轻质材料需求的不断增长，可回收再利用这一特性就显得非常重要，也使镁合金区别于其他金属材料的优势得以体现。

1.2.2镁合金的应用现状镁合金具有良好的综合性能，资源丰富、价格适中等优点，使它在国民经济的各个部门得到广泛的应用。

随着镁合金成形技术的不断发展和推广应用，镁合金压铸结构件将被越来越广泛地应用于汽车、航空航天、通讯电子、家电、轻便工具等领域[12]。

（1）镁合金在汽车工业中的应用镁合金作为最具有“轻量化”的吸引材料之一，并且随着对能源、环境问题的关注以及环保和安全法规的日趋完善，以及汽车工业的节能减排越来越被人们重视，镁合金被广泛的应用在汽车工业。

到目前为止，汽车上共有60多个零部件采用镁合金。

汽车零件采用高塑性的镁合金不仅可减轻质量，而且由于镁合金的阻尼衰减能力强，还可提高汽车抗振动及耐碰撞性能，降低汽车运行时的噪音。

镁合金具有的优异变形及能量吸收能力大大提高了汽车的安全性能。

近10 年来，大量的镁合金汽车零部件被生产出来替代钢和铝合金零部件。

随着镁合金铸造技术的日益进步，镁合金还将越来越多的被用于汽车工业中，其应用有着良好的发展趋势。

而且随着节能环保理念的深入和政策法规的完善，镁合金的在汽车工业中的应用将无法取代。

（2）镁合金在航空航天中的应用纯镁本身的强度和力学性能并不太理想，故很少有纯镁被直接用作结构材料。

镁合金可以有很高的比强度，比某些高强钢和铝合金都高，这一性能对于对重量比较敏感的应用来说十分重要。

因此镁合金在航空、航天和军工中得到了很大的应用，且其应用前景将会越来越广阔。

（3）镁合金在其他领域中的应用镁合金除了用在汽车、航空航天等领域，还用在电子工业、燃烧弹、炼钢脱硫剂、牺牲阳极、兵器、轮椅、自行车的前叉等；研究人员还开发出一批专门的电化学镁合金，供制造海水活化电池；镁合金还用作制造高档豪华型建筑装饰材料。

此外，镁合金在药用方面也得到了发展，随着急救医学的迅速发展和对镁的生理特性和功能的研究的深入，镁在临床上的应用日益扩大，且取得了较好的疗效。

虽然镁合金具有一系列的优点，并且在不同领域得到了广泛的应用，但是却有一个严重影响其进一步开发应用的缺点—耐蚀性差。

镁是所有工业合金中化学活泼性最高的金属，标准电极电位为-2.37V(相对于标准氢电极)，比铁低约2V，比铝低约0.7V[13]。

在作为发动机使用时，在水—乙二醇体系下发动机冷却液会使用时分解生成乙二醇醛、乙二醇酸、乙二醛、乙二醛酸、乙二酸( 草酸) 等物质，温度较高时，会严重腐蚀镁及镁合金材料！最有效的方法就是在冷却液中添加适用于镁及镁合金的缓蚀剂。

1.3乙二醇型冷却液乙二醇俗称甘醇，分子式为C2H4(OH)2是最简单的二元醇。

常温下乙二醇是无色透明粘稠状液体，稍有甜味，有一定的毒性。

乙二醇作为冷却液有低冰点、高沸点、高闪点、不起泡、不易燃、不易降解、很好的流动性和化学稳等优点[14]。

目前大部分人士认为乙二醇是没有腐蚀性的，但在实际应用中发现，乙二醇是具有腐蚀性的。

乙二醇作为冷却液，随着装置长时间的使用产生的结垢和腐蚀现象会进一步加速了设备和管线的腐蚀。

乙二醇的腐蚀表现在以下两点：（1）由于系统中含有少量二氧化碳、乙醛、有机酸及溶解氧等腐蚀性介质，乙二醇在吸收水的同时，酸性气体也会被吸收，促使了循环使用的乙二醇的酸性不断增强，从而腐蚀体系基体金属。

（2）乙二醇溶液管路的空气没有排空，导致乙二醇的水溶液中含有一定量的溶解氧，乙二醇被氧化后会形成有机酸，从而增加乙二醇溶液的酸性，加速了金基体金属的腐蚀。

1.4缓蚀剂研究现状1.4.1缓蚀剂所谓缓蚀剂，是指在介质中添加少量物质能降低介质的腐蚀性、防止金属免遭腐蚀的物质。

根据美国试验与材料协会新发表的《关于腐蚀与腐蚀试验的术语的标准定义》（ASTMG15-76）将缓蚀剂定义为：缓蚀剂是一种当它以适当的浓度（一般浓度较低为0.1%～1%）和形式存在于环境(介质)时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物[13]。

缓蚀剂有多种分类方法,通常按产品化学成分、缓蚀剂对电化学腐蚀的控制部件、生成保护膜的类型、缓蚀剂用途等方法进行分类[7]。

（1）根据产品成分，可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂、聚合物缓蚀剂。

①无机缓蚀剂无机缓蚀剂主要包括铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等。

②有机缓蚀剂有机缓蚀剂主要包括膦酸（盐）、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木质素等一些含氮氧化合物的杂环化合物。

③聚合物类缓蚀剂聚合物类缓蚀剂主要包括聚乙烯类，POCA，聚天冬氨酸等一些低聚物的高分子化学物。

（2）根据缓蚀剂对电化学腐蚀的控制部位分类，分为阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂、混合缓蚀剂。

① 阳极型缓蚀剂阳极型缓蚀剂多为无机强氧化剂，如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐等。

它们的作用是在金属表面阳极区与金属离子作用，生成氧化物或氢氧化物氧化膜覆盖在阳极上形成保护膜。

这样就抑制了金属向水中溶解。

阳极反应被控制，阳极被钝化。

硅酸盐也可归到此类，它也是通过抑制腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀目的的。

阳极型缓蚀剂要求有较高的浓度，以使全部阳极都被钝化，一旦剂量不足，将在未被钝化的部位造成点蚀。

②阴极型缓蚀剂抑制电化学阴极反应的化学药剂，称为阴极型缓蚀剂。

锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物，钙的碳酸盐和磷酸盐为阴极型缓蚀剂。

阴极型缓蚀剂能与水中、与金属表面的阴极区反应，其反应产物在阴极沉积成膜，随着膜的增厚，阴极释放电子的反应被阻挡。

在实际应用中，由于钙离子、碳酸根离子和氢氧根离子在水中是天然存在的，所以只需向水中加入可溶性锌盐或可溶性磷酸盐。

③混合型缓蚀剂某些含氮、含硫或羟基的、具有表面活性的有机缓蚀剂，其分子中有两种性质相反的极性基团，能吸附在清洁的金属表面形成单分子膜，它们既能在阳极成膜，也能在阴极成膜。

阻止水与水中溶解氧向金属表面的扩散，起了缓蚀作用，巯基苯并噻唑、苯并三唑、十六烷胺等属于此类缓蚀剂。

阳极型缓蚀剂阴极型缓蚀剂混合型缓蚀剂图1-1（3）根据生成保护膜的类型分类，分为氧化膜型、沉积膜型和吸附膜型缓蚀剂。

除了中和性能的水处理剂，大部分水处理用的缓蚀剂的缓蚀机理是在与水接触的金属表面形成一层将金属和水隔离的金属保护膜，以达到缓蚀目的。

根据缓蚀剂形成的保护膜的类型，缓蚀剂可分为氧化膜型、沉积膜型和吸附膜型缓蚀剂。

①氧化膜型缓蚀剂铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、正磷酸盐、硼酸盐等均被看作氧化膜型缓蚀剂。

铬酸盐和亚硝酸盐都是强氧化剂，无需水中溶解氧的帮助即能与金属反应，在金属表面阳极区形成一层致密的氧化膜。