摘 要：文章分析了冷却系统所用的冷却液/防冻液的储备碱度是一项重要的质量指标，二元醇热裂氧化形成酸性物，破坏冷却系统铝合金表面的氧化膜，良好的腐蚀抑制体系，主要有金属腐蚀抑制性能，还有冷却液足够的缓冲能力储备碱度两个方面，这样才能保证体系在长时间使用时，能够持新冷却液优化的pH值基本不变。一个不具有足够的储备碱度防冻液配方，即使通过实验室玻璃器皿法测试腐蚀实验，实际使用中，一定存在短时间内pH值降低和升高的风险，导致腐蚀发生。对于无机盐配方IAT，最低可接受的储备碱度，广泛认为不低于10ml HCl（0.1N）；对于有机酸OAT配方，普遍认为接受的最低储备碱度5ml HCl（0.1N）；新型的无机有机酸混合配方，作者认为接受最低储备碱度4ml HCl（0.1N）。冷却液储备碱度低于这个水平，都属于风险产品。
关键词：冷却液/防冻液的储备碱度；冷却系统
风力发电是指把风的动能转为电能。风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生非常巨大的电能，因此越来越多的国家更加重视风力发电。风力发电系统由发电机及变流器等部分组成，其中变流器需要采用2M瓦的IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管），IGBT在运行时会释放出大量热；在影院级投影系统由于光机灯泡运行释放大量的热，这就需要类似汽车燃油发动机的水冷系统。风力发电和影院级投影机水冷系统采用铝合金水冷板进行散热。水冷系统是保护风力发电系统及投影机正常高效运转必不可缺的重要组成部分。由于使用到劣质冷却液，pH值在非常短时间降低或升高，从而导致发生金属腐蚀穿透停机事故。对于冷却液的选择和质量控制，沸点、冰点及金属腐蚀测试结果是常见的能表示腐蚀抑制能力质量指标。储备碱度表示水溶液对酸化的抵抗能力，而其作为冷却液/防冻液的长期有效的重要性能指标，还没有引起各相关人员的重视，使得产品在实际使用中出现品质问题，包括使用寿命，更换指标或性能监控，不能合理实施，从而引发水冷系统铝合金腐蚀，导致变流器或投影机停机的严重故障。不仅缩短使用寿命，还有可能导致严重事故。
1 风力发电及投影机水冷系统冷却液pH值和铝合金腐蚀控制
1.1 概述
布拜图（E电位pH图）是表示腐蚀有关的所有化学反应。在风力发电水冷系统的冷却液/防冻液中，通常是阳极保护或者钝化态保护，腐蚀电位正移。回顾风力发电冷却系统中的主要金属（铝合金）与水的pH值电位平衡图，就会发现精确平衡腐蚀抑制体系的重要性。
铝：最佳保护的pH值范围4～8.5。
合适的腐蚀抑制体系，主要包括两个方面：金属腐蚀抑制的性能，冷却液体系良好的水溶液对酸化的抵抗能力，确保体系在使用较长的时间内保持与新的冷却液优化的pH值基本一致的能力。冷却液的这种缓冲能力就是储备碱度。
1.2 铝的腐蚀态、免蚀态和钝化态的理论工况
在不同环境下，铝会以几种氢氧化物存在。见下图，在25℃下，电位pH图显示，三水
氧化铝是稳定的形态，其钝化态存在于pH范围4～8.5。而一水氧化铝不稳定，其钝化态只存在pH值4.5～6.2的范围。
25℃铝的腐蚀态、免蚀态和钝化态的理论工况图
2 导致水冷系统冷却液pH降低的因素
在风力发电水冷系统的冷却液/防冻液中添加的主要成分是乙二醇或丙二醇，在风力发电
系统中，冷却液乙二醇或丙二醇，会被冷却系统的溶解氧氧化，发生降解。降解过程如下：
乙二醇降解：
HOOCH2CH2OHO2+heatHOOCCOOH + HOCH2COOH + HCOOH
乙二醇 草酸 乙醇酸 甲酸
丙二醇降解：
CH3CH（OH）CH2OHO2+heatCH3COCOOH + CH3CH（OH）COOH + HCOOH + CH3COOH
丙二醇 丙酮酸 乳酸 草酸 乙酸
降解生成的甲酸屬于强酸，腐蚀性强。草酸为弱酸，与乙醇酸、丙酮酸、乳酸等，影响体系酸碱平衡，导致pH值下降。
3 储备碱度
3.1 SH/T 0091关于储备碱度的定义
储备碱度：用浓度c（HCl）= 0.100 0mol/L 的盐酸标准滴定溶液滴定10mL 试样至pH值为5.5时所需要的毫升数（精确到0.1mL）。
3.2 储备碱度的测定
（1）用移液管移取10mL完全混合的试样，放入150mL烧杯中，再向杯中加入约90mL超纯水。
注：如果储备碱度小于2，则试样的量可以增加到50mL。
（2）将装有试样的烧杯放在电位滴定计台架上，将pH复合电极完全浸泡在试样中。
（3）将装好盐酸标准滴定溶液的滴定管下部尖端部分放入烧杯中，调节电位滴定计的温度补偿器到被测液体实际温度，并记录试样最初的pH值。
（4）开启搅拌器使试样均匀。
（5）设定pH值预控点为7，终点pH值为5.5。启动自动滴定装置，滴定完成后记录所消耗的标准滴定溶液（c（HCl）= 0.100 0mol/L）的体积。
3.3 腐蚀抑制剂的缓冲性能
3.3.1 无机盐技术冷却液——IAT
传统无机酸技术冷却液的储备碱度的典型范围在10～14，是因为无机酸碱缓冲系统的pH值在7～9范围内。例如，硅酸盐，缓冲系的pH值为7.5，只需要0.5%重量就能提供足够的储备碱度。
3.3.2 有机酸技术——OAT
脂肪族一元酸和芳香酸
己酸、庚酸、辛酸、异辛酸、壬酸、癸酸、新癸酸、十一烷酸、十二烷酸、中的一种或两种酸，或其碱金属盐缓冲能力通常较差，pH值小于5，也就是说，极少有这种酸在pH5.5被滴定。然而，在pH4.5时，这类酸会从冷却液中沉淀出来。
脂肪族二元酸
二元酸辛二酸、壬二酸、癸二 酸、十一烷二酸或十二烷二酸的缓冲能力好于脂肪族和芳香族一元酸，在pH值5.5时，能够获得较高的储备碱度而不会有沉淀。原因在于，这种类型的酸，一个羧基官能团提供储备碱度，另外一个羧基官能团提供溶解度。在pH4.5时，这种二元酸的储备碱度与两个羧酸根被滴定，比同样链长的一元酸获得多一倍的储备碱度，只有C链长≥10时才会有沉淀出现。
3.3.3 无机有机酸混合配方技术
混合酸。新的冷却液缓冲理论认为，充分利用无机与有机酸的优越性，实验和实践证明，能获得更好更稳定的储备碱度。
4 结论
对铝合金的最佳保护，理论和实际都认为只能在合适的pH范围内，一些腐蚀抑制剂如偏硅酸钠能够对铝合金提供优异的保护，但是其缓冲能力差。如果一个冷冻液配方不具备足够的储备碱度，即使能够通过实验室腐蚀测试实验，在实际使用中，一定存在pH值短时间降低或升高的风险，从而导致腐蚀发生。判断冷却液的质量好坏，应该同时考察腐蚀测试数据和足够的储备碱度。对于无机盐ITA配方，最低可接受的储备碱度，普遍认为不小于10ml，HCl （0.1N），对于有机酸OAT配方，广泛认可的储备碱度是5ml，HCl （0.1N）。混合酸配方缓冲体系，作者通过实际测试认为，可接受的储备碱度是4ml，HCl（0.1N）冷却液的储备碱度低于这个水平的，应该作为短寿命的风险产品。
参考文献：
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[2]雷磁ZD2型自动电位滴定仪操作手册.
[3]周建军，等.汽车冷却液 化学工业出版社，2011.
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