}
Главная » Новости » Материалы в автомобилестроении  

Охлаждающие жидкости нового поколения, применяемые в автомобильной технике

О.М. Гольтяев, к.ф.-м.н. (ОАО «ТЕХНОФОРМ», г. Климовск Московской области)

В начале 90-х годов в Европе и США были разработаны автомобильные охлаждающие жидкости (антифризы) нового поколения. Необходимость разработки новых более совершенных охлаждающих жидкостей была связана с началом широкого применения легких металлов (сплавов алюминия) и пластиков в конструкции двигателей, радиаторов и других элементов системы охлаждения. Также появились мощные двигатели, генерирующие повышенные температуры и тепловые потоки при меньшем объеме охлаждающей жидкости и увеличенной скорости ее циркуляции. Автомобили стали более чувствительными к нарушениям в работе системы охлаждения, приводящим к перегреву двигателя. Соответственно возросли требования к охлаждающим жидкостям в части их стабильности при высоких температурах, коррозионного воздействия на алюминий, совместимости с пластиками и резинами, и так далее.

По своим свойствам новые жидкости соответствовали возросшему уровню требований к охлаждающим жидкостям со стороны производителей автомобилей, в то время как старые, традиционные охлаждающие жидкости уже не могли удовлетворить этим требованиям. А именно, антифризы нового поколения способны эксплуатироваться в условиях повышенных температур, давлений, тепловых потоков, сохраняя свои свойства на длительное время, сравнимое со временем жизни автомобиля. Также они совместимы с новыми и традиционными материалами, которые используются в двигателях и в системах охлаждения, особенно с алюминием и его сплавами. Они обеспечивают долговременную защиту металлов от коррозии, кавитационного разрушения, не снижают теплопередающих свойств поверхностей металлов, не образуют нерастворимых отложений и гелеобразных фракций.

Из публикаций в открытой печати можно заключить, что разработки антифризов нового поколения были сделаны в лабораториях многих фирм, в том числе TEXACO (ныне Chevron), ELF (ныне TOTAL), BASF, PRESTONE и других. Базовыми компонентами этих антифризов по-прежнему являются этиленгликоль и деионизованная вода. Принципиальным отличием антифризов нового поколения стали новые присадки (ингибиторы коррозии) на основе солей карбоновых кислот (карбоксилатов), которые обеспечивают перечисленные выше уникальные свойства. Как правило, основу пакетов присадок составляет синергетическая композиция двух карбоновых кислот и толилтриазол, либо бензотриазол. Общепринятым названием таких охлаждающих жидкостей стало «ОАТ-сoolants» (Organic Acid Technology coolants), в России их называют «карбоксилатные ОЖ». Наряду с карбоксилатными ОЖ были разработаны так называемые «гибридные ОЖ» (HOAT - Hybrid Organic Acid Technology). Последние содержат в составе пакета присадок, кроме карбоновых кислот, также минимальные добавки силикатов или фосфатов.

Из большого спектра карбоновых кислот в антифризах разных производителей наиболее часто встречаются адипиновая, 2-этилгексановая, себациновая, каприновая, бензойная кислоты. Хотя основные компоненты карбоксилатных пакетов присадок общеизвестны и опубликованы в патентах, статьях, точные рецептуры значительно сложнее и являются коммерческой тайной производителей. Ценность таких рецептур состоит в том, что они смогли пройти длительные и дорогостоящие эксплуатационные испытания и получить одобрения (допуски) от ведущих автопроизводителей. Здесь уместно сказать, что в последнее время среди российских «тосольщиков» появилась мода создавать собственные рецептуры карбоксилатных ОЖ «по образу и подобию» иностранных. Такие попытки не будут иметь успеха без проведения полного цикла эксплуатационных испытаний и улаживания авторских прав с законными правообладателями.

Традиционными ингибиторами коррозии считаются силикаты, амины, фосфаты, нитриты, бораты и их композиции, которые широко применялись до появления карбоксилатных рецептур. Практика показала, что эти ингибиторы не могут обеспечить современных требований, главным образом из-за своей нестабильности при повышенных температурах (превышающих 105ºС). Кроме того, они обладают малым сроком службы и могут образовывать осадки, гели, поверхностные пленки, уменьшающие теплообмен, засоряющие радиатор. В частности, Тосол с нитритно-боратной рецептурой, разработанной 40 лет назад, относится к традиционным антифризам.

Карбоксилатные и традиционные ингибиторы коррозии имеют различный механизм антикоррозионного воздействия на металлы. Традиционные ингибиторы, как правило, высаживаются на поверхности металлов в виде слоя или пленки, которая со временем разрушается под воздействием тепла, потока жидкости, других факторов. Это обстоятельство существенно ограничивает срок замены традиционных охлаждающих жидкостей 1-2 годами или пробегом порядка 60 тыс. км. Карбоксилатные ингибиторы, наоборот остаются в растворе и высаживаются «адресно» лишь в те места, где начинается процесс точечной коррозии или кавитационной эрозии. Они не уменьшают теплообмен на поверхности металла, и расход ингибиторов идет очень медленно. Поэтому карбоксилатные антифризы имеют увеличенный срок замены 5 лет или 250 тыс. км. пробега, причем для отдельных марок автомобилей, например «Opel», автопроизводители вообще не ограничивают срок замены карбоксилатного антифриза - «fill for life».

Крупнейшие мировые производители автомобилей в течение последних 20 лет перешли на антифризы нового поколения и запретили или существенно ограничили использование традиционных антифризов в своих автомобилях. Запреты на использование определенных видов ингибиторов сформулированы в спецификациях автопроизводителей на охлаждающие жидкости вместе с перечнем испытаний, которые должна пройти охлаждающая жидкость для получения допуска к применению. Так, спецификация Ford WSS-V97B44-D на карбоксилатные ОЖ запрещает использование силикатов, фосфатов и боратов, спецификация Hyundai MS 591-08 запрещает силикаты, бораты, амины и нитриты, оставляя дорогу только карбоксилатным и гибридным антифризам. В спецификации Toyota TSK2601G антифризы с разными видами ингибиторов разделены на классы, причем к высшим классам (8А и 8В) с максимальным разрешенным пробегом относятся карбоксилатные антифризы. Спецификации Volkswagen TL774C, F, G, H сформулированы для гибридных и карбоксилатных технологий (в России они известны как G11 и G12 по названию фирменных антифризов «VW coolant G11» и «VW coolant G12»). Разработаны новые лабораторные тесты на охлаждающие жидкости, в которых условия испытаний максимально приближены к реальным автомобилям. Это статические и динамические тесты в условиях теплопередачи (ASTM D4340, Dynamic Heat Transfer Test, Hot Corrosion Test), электрохимические тесты, тесты на старение охлаждающей жидкости.

Кроме требований по составу и свойствам охлаждающей жидкости современные автосборочные предприятия предъявляют очень высокие требования к организации производства у поставщика этих жидкостей. В большинстве случаев это требование о соответствии системы менеджмента качества спецификации ISO/TS 16949. В свою очередь, автозаводы стремятся к тому, чтобы получать все поставки ОЖ только от одного производителя, статистически подтвердившего свое качество, и не менять поставщиков в поисках более дешевого продукта. Практика закупок по самой низкой цене признана порочной (п. 4 программы Деминга для менеджмента), поскольку более эффективным является установление долговременных отношений между автозаводом и поставщиком, ведущее к минимизации общих затрат.

В российских нормативных документах и спецификациях автопроизводителей пока, к сожалению, отсутствуют запреты или ограничения на состав ингибиторов коррозии в ОЖ. Устаревший советский ГОСТ 28084-89 на охлаждающие жидкости предписывает прохождение лишь лабораторных испытаний на соответствие определенному перечню показателей и даже не обязывает производителя ОЖ проходить стендовые и эксплуатационные испытания. Известны десятки дешевых рецептур, способных «подогнать» показатели охлаждающей жидкости под требования ГОСТа, хотя такая жидкость может оказаться непригодной для эксплуатации в автомобилях. Поэтому у нас, к сожалению, до сих пор производятся и продаются многочисленные суррогаты Тосола (от латинского surrogatus – поставленный взамен), по составу отличающимся от оригинальной рецептуры. Брендовое название «Тосол», не защищенное авторскими правами, при этом используется для продвижения продаж. Подавляющее большинство таких «Тосолов» имеет в своем составе силикаты (жидкое стекло), которые после 1-1,5 лет эксплуатации образуют на поверхности металлов слой нерастворимых силикатных соединений, преимущественно, окись кремния (песок), снижающих эффективность теплоотвода, переходящих в жидкость в виде абразивных частиц, засоряющих радиатор, разрушающих помпу. В итоге это снижает эксплуатационные качества автомобиля, хотя владелец автомобиля может и не догадываться, что причиной поломок является охлаждающая жидкость. Можно с уверенностью сказать, что суррогатные Тосолы нанесли непоправимый ущерб российской автомобильной отрасли.

Подводя итог, перечислим 10 основных преимуществ карбоксилатных ОЖ перед традиционными ОЖ:

  1. Увеличена эффективность охлаждения двигателя.
  2. Увеличен срок замены охлаждающей жидкости.
  3. Достигнута непревзойденная защита алюминия от коррозии при высоких температурах.
  4. Увеличен срок службы насоса охлаждающей жидкости до 50%.
  5. Обеспечена отличная защита от кавитации.
  6. Не происходит выпадения осадков, гелей.
  7. Улучшена совместимость с пластиками, резинами.
  8. Не происходит образования отложений, засоров.
  9. Экологически безвредные ингибиторы.
  10. Достигнута стабильность при высоких температурах.

В заключение следует сказать, что карбоксилатные ОЖ в последние годы начали производиться в России в массовом количестве, в частности в ОАО «ТЕХНОФОРМ» по технологии Chevron, и применяться на российских автозаводах ОАО «АВТОВАЗ», ОАО «КАМАЗ», ОАО «ИжАвто» и других. Опыт использования карбоксилатных ОЖ показал, что эти жидкости повышают эксплуатационные свойства не только иностранных, но и отечественных автомобилей.


Литература:

  1. J-P. Maes, R. Armstrong, “Antefreeze and Coolants”, Lubrication, V. 78, No 2, 1992
  2. Материалы семинара “Innovative Coolants”, Arteco, Antwerpen, 2006.