乙醇对柴油发动机燃油系统中T2的腐蚀性能研究

第4期（总第249期）
2020年8月车用发动机
VEHICLE ENGINE
No.4(Serial No.249)
Aug.2020
乙醇对柴油发动机燃油系统中T2的腐蚀性能研究
李立琳，陈丹，秦先锋，孔垂展，张红松（河南工程学院机械工程学院，河南 郑州 451191）
摘要：采用浸泡的方法，将T2铜分别浸泡在乙醇和柴油中，考察了腐蚀形貌、析出物成分、腐蚀速率、溶液颜
色，通过动电位极化曲线研究乙醇对柴油发动机燃油系统中铜金属部件的腐蚀行为。

结果表明，样件的上述各参
数变化率与自腐蚀电位和自腐蚀电流密度变化结果一致。

乙醇对T2的腐蚀比柴油严重，这是由于乙醇中氧元素 较易与T2反应，生成金属氧化物，金属氧化物进一步与乙醇中的龛基发生化学反应，生成乙酸，又加速了腐蚀的 进行。

关键词：乙醇;燃油系统;金属部件;腐蚀性能
DOI ： 10.3969/j.issn.1001-2222.2020.04.008
中图分类号:TK425 文献标志码：B 文章编号：1001-2222（2020）04-0042-04
含氧燃料部分或者全部代替矿物燃油，可降低
发动机燃烧污染物排放口勺。

含氧燃料中的乙醇在 汽油机上得到广泛的应用⑺刃，在柴油机上仍处于研
究推广阶段。

乙醇和矿物燃油混合，会使矿物燃油
的成分发生变化°门，从而对燃油系统中金属部件耐 腐蚀性能产生显著影响⑻。

发动机燃油系统中金属部件要具有耐高温、耐
腐蚀及良好的力学性能，其中以铜及其合金为材料 的金属部件在燃油系统中应用较多，其在乙醇-矿物 燃油作用下的抗腐蚀性能倍受关注。

Baena ：9：等考
察了不同比例乙醇汽油对汽车金属材料的腐蚀，评
价了金属的电化学腐蚀行为。

Aperador ［10：和Boni-
等把铝合金浸泡在不同比例的汽油和乙醇的
混合物中，考察乙醇对铝合金的腐蚀行为，结果发现 乙醇比例增加，腐蚀加重。

Fazal 等［闵的研究结果 表明，乙醇在金属表面发生的腐蚀主要是电化学腐 蚀。

这说明乙醇和矿物燃油混合使矿物燃油的成分
发生变化，有利于金属氧化物的生成，增大了金属腐 蚀溶胀的速率。

由于乙醇和柴油的理化特性不同［⑶，乙醇对柴 油机燃油系统金属部件的腐蚀可能存在差异。

本研
究选用乙醇和0号柴油（我国应用最多），以柴油机
燃油系统中的T2铜金属为对象，在常温下采用浸
泡的方法，考察单一燃料理化特性对T2的腐蚀情
况。

探究乙醇对柴油机燃油系统中铜金属合金的腐 蚀机理及规律，为改善柴油机燃油系统中铜金属材 料部件的抗腐蚀性能提供理论与数据支持。

1试验材料与方法
浸泡溶液选用乙醇（分析纯）和0号柴油。

金属
为T2纯铜，规格为圆柱体（直径D = 10 mm,高度
H = 10 mm ）,试样表面磨平、抛光，腐蚀前后用去离
子水冲洗。

T2成分见表1。

参照GB/T 5096（（石
油产品铜片腐蚀试验法》和GB/T 10124^88（（金 属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》的试验方法，
常温浸泡试样，浸泡周期为1 440 h,密封保存。

采 用JA2003电子微量分析天平测量试样质量。

利用
FEI Quanta250FEG 扫描电子显微镜（SEM ）观察微 观形貌，分析腐蚀产物成分。

试样的耐腐蚀性能通过动电位极化曲线分析得 到。

采用辰华CHI660A 电化学工作站测试，测试
时采用三电极体系，其中工作电极为腐蚀后T2试 样,饱和甘汞电极（SCE ）作为参比电极，钳片为辅助 电极。

腐蚀性溶液为3.5%NaCl 溶液，电位扫描范
围为一300〜300 mV （相对EOCP ）,扫描速率 为 1 mV/s 0
收稿日期：2020-02-09；修回日期：2020-05-31
基金项目：河南省自然科学基金项目（182300410245）；河南省高校科技创新团队（18IRTSTHN005）；河南工程学院博士基金资助
（D2014014）
作者简介：李立琳（1977—）,女，副教授，博士，主要研究方向为汽车新能源燃料技术;*****************
o
2020年8月李立琳，等：乙醇对柴油发动机燃油系统中T2的腐蚀性能研究・43・表1T2元素质量分数
元素质量分数/%
Cu+Ag99.90
Bi0.001
Sb0.002
As0.002
Fe0.005
Pb0.005
S0.005
d腐蚀前放大e柴油腐蚀后放大f乙醇腐蚀后放大
图2腐蚀前后T2的SEM图片对比
2试验结果与分析
2.1腐蚀前后的T2宏观形貌
图1示出T2的宏观形貌。

从图1可以看出，经过1440h浸泡，柴油中T2颜色稍微变化；乙醇中T2颜色变黑，其表面已没有金属光泽，试样表面析出一些腐蚀物,腐蚀较严重。

a腐蚀前b柴油腐蚀后c乙醇腐蚀后
图1腐蚀前后T2宏观形貌
2.2腐蚀前后的T2微观形貌
图2示出T2腐蚀前后SEM图片对照，图2a 为腐蚀前试样，图2b、图2c分别为T2经柴油和乙醇腐蚀后微观形貌。

从图中可以看出，被柴油、乙醇浸泡1440h后，试样的表面形貌发生了一定的变化。

从图2b可以看出，被柴油腐蚀后，试样表面有少量的突起，进一步放大观察（见图2e）,可见表面出现了少量颗粒物。

从图2c可以看出，经乙醇腐蚀后，试样表面出现了少量索状物，呈现出沟壑与突起，进一步放大观察（见图2f）,可以看到试样表面出现了树枝状组织，呈层片状叠加。

这说明T2在乙醇中发生了化学反应，腐蚀较为严重。

2.3金属表面兀素测定
选定试样表面某一区域析出产物，与原样对比，分析析出产物中Cu、C和O元素的质量分数（见图3）0从图3可以看出，腐蚀前试样含有少量C、O,这可能是T2与有机物接触的原因。

腐蚀前，T2中Cu、C、O质量分数为97.8%,0.1%,2.1%,被柴油腐蚀后T2中Cu、C和O的质量分数分别为91%,1.6%和7.4%,被乙醇腐蚀后T2中Cu、C和O的含量分别为78%,5.1%和16.9%。

比较乙醇腐蚀后析出产物中C、O的质量分数，发现C、O质量分数分别是柴油的3.2倍和2.3倍，乙醇中C、O 质量分数增加明显。

这表明在浸泡过程中，乙醇中更多的C、O元素与T2反应，生成Cu的氧化物及C、O的化合物，Cu的化合物有可能进一步和溶液中的有机物发生反应。

元素
图3T2的Cu、C和O质量分数
2.4腐蚀机理分析
可根据下式计算浸泡1440h后乙醇和柴油对T2的腐蚀速率（见图4）：
V=k（W1
・44・车用发动机2020年第4期
式中:V为紫铜的腐蚀速率;W]为紫铜腐蚀前的质
量;W2为腐蚀并经除去腐蚀产物后紫铜的质量必
为所采用单位的常数，取87.6；F为试片的表面积”
为受腐蚀的时间痒为金属的密度，为&92g/cri?。

14
10
8
6
4
2
种类乙醇
柴油
图4乙醇和柴油腐蚀速率对比
从图4中可以看出，T2金属的腐蚀速率在柴油和乙醇中分别为5.2mm/a和13mm/a0腐蚀条件相同的情况下，T2在乙醇中的腐蚀速率明显高于在柴油中。

观察腐蚀前后的溶液，可以看出，浸泡前后柴油溶液颜色变化不明显(见图5),而乙醇溶液由腐蚀前的无色变为腐蚀后的浅绿色(见图6)。

由此可知，T2在乙醇中的腐蚀比柴油明显，生成较多Cu的化合物，并部分溶解到溶液中。

这可能是由于乙醇中含有氧,T2在含氧氛围的溶液中较易生成金属氧化物(CuO.Cu2O),部分氧化产物依附在金属表面，进一步生成C u CO3.C u(OH)2等化合物。

而乙醇中的C—OH基团在逐步反应的过程中，有可能生成弱酸性的COOH基团，较易与金属化合物发生反应,加速了腐蚀的进行。

a腐蚀前b腐蚀后
图6腐蚀前后乙醇溶液的变化
2.5电化学分析
采用动电位极化曲线对浸泡之后的T2试样进行评价，动电位极化曲线测试结果见图7。

由图7可以看出，乙醇浸泡后T2试样的自腐蚀电位明显负移，表明乙醇浸泡后的T2较易发生腐蚀。

同时可观察到阳极和阴极支的腐蚀电流均增加，由动电位极化得到相关电化学参数—
—自腐蚀电位(Ec°Q 和自腐蚀电流密度(人。

Q,结果列于表2中。

lg[l/(A•cm-2)]
图7腐蚀后T2动电位极化曲线
b腐蚀后
表2极化曲线中参数的变化
类别Ecorr/V/corr/A•Cm-2乙醇-0.2357 4.08X10—4柴油-0.2155 6.61X10—6
图5腐蚀前后0号柴油溶液的变化
由表2可知，乙醇浸泡后电极表面自腐蚀电位由一0.2357V正移至柴油浸泡的一0.2155V,表明经乙醇浸泡后的T2抗腐蚀性能较差，并且自腐蚀电流密度减小了约2个数量级，由4.08X10~4A/cm2减小至6.61X10~6A/cm20根据自腐蚀电流密度与腐蚀速率的正比关系[⑷可知,经乙醇浸泡后T2电极的腐蚀速率显著升高。

这与图4、图5和图6的结论一致。

2020年8月李立琳，等：乙醇对柴油发动机燃油系统中T2的腐蚀性能研究・45・
3结论
a)从腐蚀前后T2的宏观和微观形貌可以看出，被柴油腐蚀后，试样表面有少量颗粒物析出，被乙醇腐蚀后，试样表面颜色变黑，失去金属光泽，出现了树枝状组织，呈层片状叠加；
b)腐蚀前后金属表面元素变化存在差异;腐蚀前,T2中Cu、C、O质量分数为97.8%,0.1%, 2.1%,柴油腐蚀后T2中Cu、C和O的质量分数分别为91%,1.6%和7.4%,乙醇腐蚀后T2中Cu、C 和O的含量分别为78%,5.1%和16.9%；乙醇腐蚀后T2中C、O质量分数增加高于柴油，说明乙醇中T2腐蚀速率明显大于柴油；
c)浸泡前后柴油溶液颜色变化不明显，乙醇溶液由无色变成了浅绿色，说明乙醇对T2的腐蚀较严重，这与电化学测量结果一致；
d)与柴油相比，乙醇对燃油系统中T2金属的腐蚀明显，燃用添加乙醇的矿物燃油时必须考虑燃油系统中金属的抗腐蚀性能。

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Corrosion Performance of Ethanol on T2in Diesel Engine Fuel System LI Lilin,CHEN Dan,QIN Xianfeng,KONG Chuizhan,ZHANG Hongsong
(School of Mechanical Engineering9Henan University of Engineering9Zhengzhou4511919China)
Abstract:T2copper was immersed in ethanol and diesel respectively and the characteristics were investigated including the corrosion morphology9precipitate composition9corrosion rate and solution color.The corrosion behavior of ethanol on copper metal parts in fuel system was studied according to the dynamic potential polarization curve・The results show that the changing rates of above-mentioned parameters from the specimen are consistent with those of the potential and current density of self-corrosion.The corrosion of T2in ethanol is more serious than that in diesel because oxygen element of ethanol is easy to react with T2to form metal oxide9which accelerates the corrosion by further reacting with hydroxyl in ethanol to form acetic acid・Key words:ethanol；fuel system；metal component；corrosion performance
[编辑：姜晓博]。