بخشی از مقاله
چکیده
علیرغم سابقه طولانی خودروسازان جهانی در زمینه سیستم خنککننده خودرو و استفاده از مایع خنککننده در موتورهای احتراق داخلی ایراد خوردگی همچنان از خرابیهای معمول در این موتورهاست. درنای مقاله مشکل خوردگیِ سرسیلندر یک موتور 1700 سیسی که در دو حالت بنزینی و دوگانهسوز توسط یک خودروساز بزرگ ایرانی تولید میشود بررسی شده است. با مطالعه نتایج آزمونهای مختلف انجامشده بر روی ضدیخ مصرفی در این کارخانه و مقایسه نتایج این آزمایش ها با آمار و اطلاعات خدمات پس از فروش نقاط قوت و ضعف برخی از آزمونهای مرسوم جهت صحهگذاری مایع خنککننده مانند D1384، D4340، D555345 PSA و آزمونهای خودرویی در این تحقیق مشخص شد. با انجام آنالیز شیمیایی بر روی ضدیخها و بررسی بازدارندههای بهکاررفته در آنها و مقایسه آن با منابع موجود درباره اثرات جانبی بازدارندهها، عنصر بور بهعنوان عامل اصلی بالا رفتن پتانسیل خورندگی مایع خنککننده نسبت به آلیاژ سرسیلندر شناسایی شد و با حذف این عامل و انجام آزمونهای خودرویی، موتوری و پایش آمار خدمات پس از فروش این تحلیل خرابی مورد تایید قرار گرفت.
مقدمه
از حدود سال 1925 میلادی استفاده از محلول آب- اتیلن گلیکول به منظور دست یابی به خنک کننده ای با دمای تبخیر بالاتر از ضدیخ های الکلیِ پیشین در خودروها آغاز شد . ولی خیلی سریع آشکار شد، اتیلن گلیکول اگر فاقد بازدارنده های شیمیایی باشد باعث خوردگی قطعات فلزی به کار رفته در سیستم خنک کننده می شود. اهمیت خورندگیِ اتیلن گلیکول به حدی بود که باعث ناکامی شرکت فورد در تولید بستارهای آلومینیومی در دهه 30 میلادی شد. فورد که موتورهای 8 و 12 سیلندر خود را در خط Lincoln-Zephyr با بستارهای آلومینیومی تولید کرده بود با مشاهده خوردگی در آنها از ایده خود موقتاً عقب نشینی کرد. در اواخر دهه 50 میلادی موسسه استاندارد بریتانیا یک استاندارد ضدیخ برای موتورهایی با قطعات آلومینیومی [1] و یک استاندارد برای موتورهایی که قطعات آن ها چدنی است [2] منتشر کرد. به مرور تولیدکنندگان با مشاهده عیوب مختلف ناشی از خورندگی ضدیخ های پایه -گلیکول ترکیبات بازدارنده را که نمک های معدنی شامل سیلیکات، فسفات، بورات، نیتریت و نیترات بودند، کامل تر و آن ها را با شرایط موتورهای تولیدی منطبق تر کردند. عمر محدود بازدارنده های معدنی در اثر ته نشین شدن و و ناکامی هاآندر بازدارندگیِ کاملِ محلول خنک کننده از خوردگی باعث شد در دهه 90 محققان بازدارنده های جدیدی را بیازمایند که منشاء آلی داشتند.3 ]و[4 با وجود سابقه طولانی در سیستم خنککننده خودرو مشکل خوردگیِ قطعات به کاررفته در این سیستم تا آخر قرن بیستم گریبانگیر خودروسازان باقی ماند. ایتو و تانیکاوا در تحقیقی که توسط شرکت تویوتا در سال 1995 انجام شد نشان دادند که "خنک کننده های زیادی در بازار اروپا، آمریکا و ژاپن استفاده میشوند که قابلیت ضعیفی در جلوگیری از خوردگی ناشی از انتقال حرارت در سطوح آلومینیومی دارند."[5] به موازات پیشرفتهای صورت گرفته در ایجاد قابلیت ضدخوردگی در مایع های خنک کننده تمایل طراحان موتور در استفاده از آلیاژهای جدید، سازندگان ضدیخ را همواره در معرض چالشهای نو قرار داده است. در حال حاضر استفاده از آلیاژهای منیزیوم، ضدیخ ها را نیازمند بازدارنده های جدیدی کرده که محققان یافتن آنها را از ابتدای قرن بیست و یک آغاز کردهاند. 6] و [7 بین قطعاتی که مایع خنککننده با آنها در تماس است، سرسیلندر بالاترین دما را دارد و حساسترینِ آنها در برابر پدیده خوردگی است.
استفاده از آلیاژهای آلومینیوم باعث افزایش این حساسیت میگردد. از اوایل دهه هشتاد شمسی در حالی که 15 سالی از فراگیر شدن سرسیلندرهای آلومینیومی میگذشت تولید سرسیلندرهای آلومینیومی موتور XU7-L3 در ایران آغاز شد و چند سال بعد سرسیلندر چدنی موتور پیکان نیز به آلومینیوم تغییر جنس داد. [8] این تغییرات رانندگان ایرانی را که مایع خنککننده برای آنها صرفاً همان ضدیخ بود تا حدودی غافلگیر کرد. حتی از نظر متخصصین ایرانی نیز یکی از مزیتهای آلومینیوم بهعنوان جنس سرسیلندر مقاومت بیشتر آن در برابر خوردگی بود[8]، در حالیکه در سالهای گذشته مقالاتی زیادی درباره روشهای محافظت از آلومینیوم در برابر مایع خنک-کننده و حساسیت آن در برابر این مایع منتشر شده بود. [9-11] در حال حاضر تنوع موتورهای تولید داخل و پیرو آن سرسیلندرهای تولیدی هم از لحاظ طراحی و هم از لحاظ جنس افزایش یافته است. با این حال تحقیقات چندانی درباره مساله خوردگی آلیاژهای آلومینیومی بر پایه مشکلات مصرفکنندگان داخلی انتشار نیافته است. تحقیق حاضر تلاشی است در جهت شناخت مقدار حساسیت سرسیلندرهای موتورهای یک خودروساز بزرگ ایرانی در برابر خورندگیِ مایعِ خنککننده تولید داخل و شناسایی برخی از عوامل بیرونی که میتواند باعث شود احتمال خورندگی این مایع افزایش یابد. از آنجا که موتورهای مورد بررسی دارای سرسیلندرهایی با جنسهای مختلف، لاییهای متنوع و سیلندرهایی از هر دو نوع بوش تر و بوش خشک بود نتایج تحقیق حاضر حاوی مقایسه شرایط متنوعی از لحاظ پدیده خوردگی است. میبایست توجه داشت که این تحقیق توسط یک مصرفکننده مایع خنک کننده موتور و به منظور افزایش رضایت مشتری انجام شده است. بنابراین جزییات مایع خنککنندهخصوصاً ترکیب دقیق بازدارندهها برای نگارندگان این مقاله مکشوف نبود و صرفاً مشخصههای موثر در عیب خوردگی اندازهگیری و در تحلیل خرابی مورد استفاده قرار گرفته است.
معیار صحهگذاریِ تحلیلِ خرابی انجام شده در این تحقیق آمار قطعات برگشتیِ تولیدی در دو سال مختلف - قبل و بعد از اقدام اصلاحی بر پایه تحلیل حاضر - بود. با مقایسه نتایج آمار مذکور با نتایج تستهای آزمایشگاهی امکان ارزشگذاری برخی از آزمونهای آزمایشگاهی مرسوم برای مایع خنککننده فراهم شد. هرچند در مقالات دیگران نیز این ارزشگذاری انجام شده است ولی در این تحقیق این کار از طریق مقایسه نتایج این آزمونها با آمار خدمات پس از فروش یک خودروساز انجام شده است که طی دو سال یادشده 000،700،1 خودرو تولید کرده است.
شرح مساله
در این تحقیق خرابی ناشی از خوردگی بستار در یک خودروسازی بزرگ طی یک سال بررسی شده است. با توجه به تنوع خودروهای تولیدی توسط این خودروساز برای نویسندگان مقاله این فرصت فراهم شد که تاثیر عوامل مختلف مانند جنس آلیاژ بستار، سوخت مصرفی، نوع بلوک سیلندر - بوش تر یا خشک - و نوع لایی را بر روی خوردگی بستار بررسی کنند.
جنس بستار: در موتورهای مورد بررسی در این تحقیق تنوع زیادی از لحاظ جنس بستار وجود داشت و همه آلیاژهای پرمصرف برای بستار شامل AlSi5Mg0.3، AlSi7Mg0.3، AlSi8Cu3 و AlSi9Cu3 در
این مجموعه حضور داشتند. مقدار مس موجود در این آلیاژها بین 2 تا 4 درصد متغیر است. با آن که در کتب مرجع عمومی مس به عنوان عاملی موثر در کاهش مقاومت آلیاژهای آلومینیوم در برابر خوردگی معرفی شده است[12] ولی در مورد خاص بستار و مایع خنک کننده چنین تاثیری ایبر مس صراحتاً اعلام نشده است و حتی ویگل و همکارانش گزارش دادهاند که تفاوتی در مقاومت آلیاژهای AlSi5Mg0.3 و AlSi7Mg0.3 در برابر خورندگی ضدیخهای مختلف مشاهده نکردهاند .[13]
سوخت مصرفی: بستارهایی که جنس آنها AlSi5Mg0.3 و AlSi8Cu3 بود در دو حالت بنزینی و دوگانهسوز تولید میشدند و بستار AlSi7Mg0.3 و AlSi9Cu3 فقط در حالت بنزینی.
بلوک سیلندر: موتورها همگی چهار سیلندر بوده و در بین آن ها هم بوش تر و هم بوش خشک وجود داشت.
جنس لایی بستار : از لحاظ جنس لایی نیز تنوع موجود هم شامل بسپار و هم لایی فلزی بود.
ضدیخ: دو سازنده مختلف، مایع خنک کننده مورد استفاده در خط تولید را تامین می کردند A - و - B که هر دو از بازدارندههای معدنی در ترکیب ضدیخ استفاده میکردند.
مشاهدات
مطابق با اطلاعات دریافتی از خدمات پس از فروش، ایراد خوردگی تنها در بستار موتور شماره یک مشاهده میشد، که از جنس AlSi5Mg0 و لایی مورد استفاده برای آن بسپاری بود. این بستار بر روی سیلندری از نوع بوش تر بسته می شد. خوردگی به صورت موضعی و از نوع حفره ای بود و همزمان در محلهای خوردگی، لایی نیز پوسیده شده و به بستار می چسبید. آمار نیز نشان می داد مشاهده آماریِ خوردگی در بستارهای دوگانهسوز دو برابر بنزینی یا به عبارت دیگر سرعت خوردگی در بستارهای بنزینی نصف بستارهای گازسوز است، طوریکه در بستارهای گازسوز در کارکرد 10000 الی 15000 کیلومتر و در موتورهای بنزینی پس از 30000 کیلومتر خوردگی مشاهده میشد. با توجه به اینکه قطعات درگیر در ایراد خوردگیِ بستار موتور شماره 1 منابع تامین انحصاری نداشتند با بررسی موتورهای برگشتی مشخص شد بستارهای ریخته گری شده توسط دو ریختهگرِ مختلف و لاییهای تولیدی سه سازنده دچار خوردگی و پوسیدگی میشوند.
