周游 孫華東 高青

【摘 ?要】目前汽車(chē)領(lǐng)域的冷卻液的基礎(chǔ)介質(zhì)多選用水和乙二醇，因?yàn)樗休^高的比熱，而被廣泛的應(yīng)用在冷卻系統(tǒng)中，但是水有冰點(diǎn)比較高，防腐效果較差等缺點(diǎn)，所以人們?cè)谒屑尤敫鞣N添加劑來(lái)改善水的性能，使其更適合做車(chē)用冷卻液，本文就介紹汽車(chē)領(lǐng)域冷卻液發(fā)展歷程，尤其是介紹冷卻液添加劑的迭代歷史。

【關(guān)鍵詞】冷卻液;添加劑;發(fā)展趨勢(shì)

1. 冷卻液基礎(chǔ)介質(zhì)

早期人們只用水作為設(shè)備的冷卻液，但是因水在零度以下會(huì)結(jié)冰，所以如何防止水結(jié)冰成為早期冷卻液的一個(gè)課題，因此在汽車(chē)領(lǐng)域冷卻液又被叫做防凍液。

1927年之前，是用酒精來(lái)充當(dāng)冷卻液，但是它易蒸發(fā)，易燃，氣味很重，給司機(jī)帶來(lái)了很多不便。也有使用無(wú)機(jī)鹽，如NaCl， MaCl等，但是無(wú)機(jī)鹽對(duì)銅，鐵類(lèi)金屬腐蝕性較強(qiáng)，還有使用蜂蜜，淀粉等有機(jī)物作為防凍介質(zhì)，但是這類(lèi)有機(jī)物穩(wěn)定性較差。

1927年性能穩(wěn)定的乙二醇被添加到水中形成了防凍液。無(wú)氣味、不蒸發(fā)、不易燃的乙二醇型防凍液是劃時(shí)代的替代品。自1927年之后，主流防凍液技術(shù)中起防凍效果的物質(zhì)一直是乙二醇，近百年了還未改變。后期所改變的只是防凍液中的添加劑。

2 .添加劑的發(fā)展

隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的了解逐漸深入，并發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的水泵、散熱器會(huì)因嚴(yán)重的腐蝕和振動(dòng)而造成損壞，于是人們除了關(guān)注冷卻液的防凍性能外開(kāi)始關(guān)注冷卻液的其它性能，對(duì)冷卻液提出更多的要求，要求有防腐蝕性，抗泡性等附加功能，以降低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器的腐蝕，降低水泵的氣蝕故障率。

2.1 第一代防腐蝕添加劑—針對(duì)鑄鐵和銅

1980前年，鑄鐵一直被用作包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸套組件等零件的材料，銅被用來(lái)作為散熱器的金屬材料。因此，防止鑄鐵和銅等材料腐蝕、防腐蝕劑應(yīng)運(yùn)而生。

初期的防腐蝕劑主要是鉻鹽類(lèi)的鐵防腐蝕劑。鉻鹽雖然防腐效果好，但是屬于強(qiáng)毒性的重金屬，所以現(xiàn)在幾乎不使用。后來(lái)相繼開(kāi)發(fā)出了銨鹽、硼酸鹽、亞硝酸等各種鐵防腐蝕劑，并投入使用。銅防腐蝕劑方面，苯三唑類(lèi)有很好防腐蝕功能，一直沿用至今，對(duì)有些特殊場(chǎng)合必須使用銅散熱器的設(shè)備，其冷卻液仍含有較高的苯三唑含量。

2.2 第二代防腐劑—針對(duì)鋁

1980年以后，隨著汽車(chē)輕量化趨勢(shì)，開(kāi)始用鋁作為發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器的金屬材料。鋁雖然是很好的金屬材料，但是容易被水腐蝕，所以人們對(duì)鋁防腐蝕劑的需求更加迫切。日本汽車(chē)公司主要使用的磷酸鹽防腐蝕劑，其具有良好的防腐功能，但是它容易與硬水里含的鈣或鎂發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，所以?xún)H適合像日本這樣不用硬水的國(guó)家使用。

而歐洲等水硬度較高的地區(qū)禁止使用磷酸鹽，一般使用硅酸鹽型的冷卻液。這也是含有硅酸鹽的冷卻液被稱(chēng)作歐洲型冷卻液的緣由所在。硅酸鹽類(lèi)的防腐蝕劑和穩(wěn)定劑的出現(xiàn)，翻開(kāi)了冷卻液的新篇章，但是其也有易凝膠化的缺點(diǎn)。

2.3第三代防凍劑—有機(jī)酸

近年來(lái)，冷卻液添加劑技術(shù)的發(fā)展重心，就放在把上面提到的各種冷卻液統(tǒng)一起來(lái)開(kāi)發(fā)全世界通用的冷卻液上。也就是說(shuō)，排除各個(gè)國(guó)家汽車(chē)公司限制使用的所有添加劑，開(kāi)發(fā)出所有允許使用的添加劑的冷卻液。所謂AOT冷卻液就是這種概念的冷卻液，指的是其添加劑不含硅酸鹽、磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝胺鹽、硼酸鹽等無(wú)機(jī)鹽，而是使用有機(jī)羧酸鹽添加劑。

限制使用硅酸鹽和磷酸鹽的原因前面已經(jīng)提到了，亞硝酸鹽和硝胺鹽會(huì)互相產(chǎn)生反應(yīng)，生成叫亞硝胺的強(qiáng)致癌物質(zhì)，不符合環(huán)保要求;硼酸鹽雖然有很強(qiáng)的防腐功能，但在高溫下會(huì)對(duì)鋁材造成嚴(yán)重的腐蝕。AOT冷卻液主要使用新型的有機(jī)酸防腐蝕劑，有機(jī)酸不僅不受水質(zhì)和地域的限制，而且比現(xiàn)有的防腐蝕劑的分解速度緩慢，即使使用五年以上也能保持良好的性能。

目前市面上大多數(shù)汽車(chē)?yán)鋮s液都是AOT技術(shù)了。

3 .冷卻液未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

冷卻液雖然不是汽車(chē)中的主要零部件，但是其防腐，抗泡，導(dǎo)熱，防凍等性能直接決定這發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，因此也得到汽車(chē)行業(yè)的重視，其技術(shù)研發(fā)也在不斷更新，有以下幾點(diǎn)研發(fā)正被使用在新型冷卻液中。

3.1 在防凍基礎(chǔ)材料上的研發(fā)

當(dāng)今冷卻液的發(fā)展主要關(guān)注與環(huán)境有關(guān)的問(wèn)題。第一，是毒性問(wèn)題。人們主張要使用安全無(wú)毒性的冷卻液。作為冷卻液主要原料的乙二醇，氣味偏甜，但是具有很強(qiáng)的毒性。狗服用50ml的乙二醇就能致死，一小勺就能毒死貓。兩勺左右的乙二醇就會(huì)威脅人的生命。丙二醇是乙二醇的替代品，雖然物理性質(zhì)大體相同，但毒性很小。丙二醇是經(jīng)FDA注冊(cè)的食品添加劑，廣泛用作煙、化妝品的保濕劑等能跟人體直接接觸的產(chǎn)品上。

3.2 在提高導(dǎo)熱率上的研發(fā)

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度的增加，以及汽車(chē)輕量化的發(fā)展，對(duì)冷卻液的傳熱性能和冷卻器的體積提出了更高的要求。提高液體熱導(dǎo)率成為冷卻液的一個(gè)新的要求。目前在研發(fā)的一種有效方法是在液體中添加固體顆粒，因?yàn)樵谑覝貤l件下，固體的導(dǎo)熱系數(shù)與液體相比，往往要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)外已經(jīng)有研究小組將納米尺寸的金屬或氧化物顆粒分散于水、乙二醇和機(jī)油等常規(guī)傳熱介質(zhì)中，形成了一種新型的、導(dǎo)熱性能極佳的傳熱介質(zhì)，并即“納米流體”的概念。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液中加入固體納米顆?？梢燥@著提高冷卻液的熱導(dǎo)率，進(jìn)而能減小冷卻系統(tǒng)的體積，減輕散熱器重量，但目前對(duì)納米流體的研究還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，將來(lái)需要解決納米顆粒在懸浮體系中的穩(wěn)定性以及大規(guī)模工業(yè)化制備工藝和成本問(wèn)題。

3.3 在使用壽命上的研發(fā)

目前即使是比較穩(wěn)定的AOT技術(shù)的冷卻液，其推薦使用壽命最長(zhǎng)也只是5年，造成原材料浪費(fèi)，污染環(huán)境。延長(zhǎng)使用壽命的研究開(kāi)發(fā)，其最終目的就是開(kāi)發(fā)出和汽車(chē)壽命一樣長(zhǎng)的冷卻液。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出30萬(wàn)km不需更換的乙二醇和丙二醇冷卻液。但是仍然不夠，一種終生壽命的無(wú)水冷卻油孕育而生，無(wú)水冷卻液徹底消除了傳統(tǒng)冷卻液給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的易產(chǎn)生腐蝕、水垢、氣蝕，開(kāi)鍋等冷卻系統(tǒng)老大難問(wèn)題，使發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命的到延長(zhǎng)，也避免了在汽車(chē)聲明周期中的多次更換冷卻液。

3.4 針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的冷卻液

隨著電動(dòng)汽車(chē)的興起，當(dāng)前的冷卻液已經(jīng)不再適合電動(dòng)汽車(chē)了。當(dāng)前冷卻系統(tǒng)是為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻，其添加劑重點(diǎn)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻器材質(zhì)的防腐以及針對(duì)水泵的氣蝕。而電動(dòng)汽車(chē)是為電池，電機(jī)，逆變器服務(wù)，冷卻接觸的材質(zhì)大部分是鋁和不銹鋼，對(duì)防腐的要求略微低點(diǎn)。電池，逆變器除了對(duì)防腐有要求外，對(duì)電導(dǎo)率格外敏感，因此電動(dòng)汽車(chē)的冷卻液冷卻液要求不能有電解液體。所以針對(duì)新能源汽車(chē)，降低冷卻液的電導(dǎo)率成為額待解決的問(wèn)題

4. 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)?yán)鋮s液技術(shù)是隨著汽車(chē)尤其發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的更新，不斷升級(jí)更新的，從最初的只是為了冷卻，到目前的冷卻加防護(hù)功能，冷卻液技術(shù)一直沒(méi)有停止發(fā)展，目前學(xué)這們將研究中心向節(jié)能環(huán)保，電驅(qū)化方向轉(zhuǎn)移，新技術(shù)將更多的在冷卻液上應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：周游（1982.12-），男，漢族，山東淄博人，碩士，中級(jí)工程師，研究方向：工程機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)匹配。