喷气燃料腐蚀试验快速检测研究

文/孔世希 毕戬旭 田 野

腐蚀试验不合格的喷气燃料会缩短发动机、机械设备的寿命，造成经济损失；存储时腐蚀油罐，造成管线锈蚀、渗漏；腐蚀油泵或影响其扬尘，影响油库的收发能力，同时严重影响油料管理部门的工作。而现有的油料管理规范中，在油料的接收、存储和发送中必须进行腐蚀试验，同时规定在接收化验中，必须逐罐化验，现有的标准腐蚀试验（银片腐蚀、铜片腐蚀）试验时间长，严重滞后了油库的油料接收工作。针对腐蚀试验时间长及结果评定的方式，展开了大量腐蚀快速检测的研究及腐蚀结果评定改进的研究，本文对现行的腐蚀试验方法进行对比，并展望了腐蚀快速检测技术的发展趋势。

一、腐蚀快速检测及结果评定研究现状

1.标准腐蚀试验方法

液体燃料腐蚀试验是直接用金属片检查液体燃料对金属有无腐蚀性，它是检查液体燃料中游离硫和活性硫化物的定性试验方法。腐蚀试验原理相同，均以磨光、洗净、晾干的金属片浸入定量的试油中，在规定的温度下保持一段时间后，取出金属片进行洗涤，并与腐蚀标准色板或未试验金属片比较，观察金属片的颜色变化，判断有无腐蚀性。腐蚀试验主要有铜片腐蚀、银片腐蚀试验。对喷气燃料而言根据GB/T5096的规定，铜片腐蚀试验条件为试油30m l，温度100℃，试验时间2h；目前国内外一些发动机燃油泵采用镀银附件，以改善其抗磨性能，延长使用时间，因此喷气燃料还需要进行银片腐蚀试验，根据SH/T0023-90的规定，试验条件为试油250m l，温度50℃，试验时间4h。

由于标准腐蚀试验时间长，结果评定以肉眼观测金属片的腐蚀程度确定腐蚀级别存在人为误差，因此展开了腐蚀试验的快速检测研究及结果评定方式改进的研究。目前主要的研究方法有原电池法、电解池法、微波加热法、图像处理法、阻抗谱法。其中前三种方法是针对喷气燃料的银片腐蚀，图像处理法是对腐蚀的结果评定方式进行改进，阻抗谱法目前主要用于对铜片腐蚀快速检测进行研究。

2.原电池法

在不对仪器做改进的情况下可通过调整试验温度，并调整循环水流速至最佳状态，使腐蚀性物质（主要是活性硫化物）与试验银片维持合适的作用时间，同时将pH值调整至较低，增加体系中盐的浓度，选择一种物质使之与银片构成原电池等措施来加速银片的腐蚀。

基于原电池的原理，通过选择元素周期表中银后面的金属或惰性电极（选择铂、金、石墨）作为阴极与银片作为阳极构成原电池，在将试验温度提升到80±1℃时，能在50分钟内得到判断结果。油料部基于此研究颁布了喷气燃料银片腐蚀原电池快速实验法，该方法的过程如下：取250m l试油，将连有电极的打磨好的银片放入腐蚀测定仪中，水浴温度控制在80±1℃，调节水流数度为510m l/m in，50分钟后，根据银片表面颜色变化评定腐蚀级别，该方法有效地缩短了银片腐蚀实验的时间。

3.电解池法

基于点解池的原理，研究温度、电压和溶剂对银片腐蚀速度的影响，并通过试验探索得出试油中加入试油体积30%的极性溶剂无水乙醇，增强整个测定体系的极性和导电能力，在外加直流15V电压，水浴温度50±1℃时可显著加速银片腐蚀的速度，可将腐蚀试验缩短至40分钟左右。油料部基于此研究颁布了喷气燃料银片腐蚀电解池快速试验法。该方法的过程如下：在研制的专用仪器上，将金属浴温度控制在50±1℃，将两块银片打磨后放入加有(15±0.1)V的电极上，浸入到10m l试油和3m l无水乙醇的混合液中，试验30分钟后，通过腐蚀严重的银片表面颜色变化评定腐蚀级别。

4.微波法

通过在喷气燃料样品中添加微波吸收剂的方式，将微波加热技术应用于对喷气燃料的加热过程，显著地缩短了喷气燃料腐蚀试验的时间。该方法的基本原理是在微波中加速体系的升温过程，由于喷气燃料本身主要为非极性的烃类物质，通过选择合适的极性微波吸收剂二缩三乙二醇，加速腐蚀的过程，缩短腐蚀实验的时间至10分钟得出腐蚀评级。试验过程主要是将一定量的试油及试油量12%的二缩三乙二醇倒入带磨口的玻璃瓶，将微波炉调至中火力，10分钟后通过银片表面颜色变化确定腐蚀级别。

5.图像处理法

针对腐蚀评级以肉眼的方式进行，通过将数字图像处理技术应用于对铜片、银片腐蚀结果的评价中，该方法的原理是将标准比色板的腐蚀级别通过拍照的方式，应用数字图像处理技术，将整个比色板的色板信息作为标准数据库，对于测得的腐蚀结果，也采取拍照的方式，将腐蚀后的表面与标准数据库进行比对，由系统自动评级，得出腐蚀级别。该法在照片质量好的前提下能有效避免常规的通过人眼确定腐蚀级别的不确定性，使得评价结果更加客观、合理。此法仅对评价结果进行改变，没有对快速检测进行研究。

表1 腐蚀快速检测研究及评价方式改进

6.阻抗谱法

一种更为灵敏的检测方式——阻抗系统应用于喷气燃料铜片腐蚀试验的腐蚀程度和速率的检测，从而得到更为快速和准确的判断结果，且对腐蚀全过程进行监控，能够实时观测腐蚀情况变化。该法的基本原理和试验方法是根据阻抗的原理，自主研发喷气燃料腐蚀性阻抗谱快速检测仪，同时基于印刷版电路技术，设计平面叉指式腐蚀传感器，选择合适的温度和外加直流电压的方式，加速腐蚀的过程，将检测到的阻抗数字化表示，得出检测信号与腐蚀变化的关系，得出的结果与标准的腐蚀试验结果相关性好，基本证实了该技术的可行性。

二、小结及比较

从以上的研究及其成果可以得出对于喷气燃料腐蚀试验的改进主要是通过加强反应条件来加速样品的腐蚀，以及应用新的检测方式，实现腐蚀的快速检测，以更快地得到腐蚀判断结果，还有部分研究对实验结果评价方式进行改进，如表1所示。

具体来说原电池法、电解池法及微波法都是通过选择合适的溶剂，改变外在的实验条件，通过不同的方式（构成原电池、电解池，加入微波吸收剂）加速腐蚀的过程，从而缩短腐蚀试验的时间，达到快速检测的目的，但都没有从检测原理入手，仅仅是采取一系列的加速腐蚀过程的手段，不能对腐蚀的过程进行监控，且由于没能从根本上改变检测方式，所以对于腐蚀结果的评价依然依赖于对金属片进行后续处理后通过目测与标准比色板进行比对得出腐蚀评级。

图像处理法应用于对腐蚀结果评定的改进中，在照片质量好的情况下能够有效地对腐蚀结果进行评级，克服人为评定尤其是腐蚀较严重时，级别难以判定时的误差，但该法仅对评定结果进行改进，且对图片本身质量要求高，不适用于所有的环境中。

阻抗谱法从检测技术入手，提出一种新的检测方式，将阻抗技术用于腐蚀快速检测，该方法从检测原理入手，改变以往的仅从加快腐蚀过程的角度出发，提出新的腐蚀测定方法，且结果以数据的形式表达，能够从根本上改变以往的腐蚀评级后续操作繁琐，且能对腐蚀过程进行监控，是一种新的有效的检测手段，但目前仅证实了该技术的可行性。

三、腐蚀快速检测技术发展展望

针对腐蚀试验的快速检测来说，对于一套完整的快速试验方案，要从检测方式入手，以缩短试验时间和简化评价方式为目的，对整个完整的体系进行合理设计，实现腐蚀的快速检测。

对于缩短试验时间方面，传统的方式是通过加溶剂、选择合适的温度等加速腐蚀的过程，新的腐蚀快速试验方案在传统的加速腐蚀过程的基础上，从改变检测方式入手，新的检测方式应能够提取腐蚀的微小变化将之转化为合理的测量量，从而能够更灵敏地检测腐蚀变化。如将阻抗谱技术应用于腐蚀的快速检测，能够更为灵敏地提取腐蚀特征信息，将腐蚀变化转换为阻抗的变化，通过对电路进行合理地设计将阻抗变化转化为对电压的测量，不仅能对腐蚀的结果进行评价，还可以监控腐蚀的变化。

简化结果评价方面，现有的研究仅有应用数字图像法将比色板信息作为数据库，将测得结果的图片信息与标准数据库比较得出腐蚀评级，数字图像法的弊端在于照片的获取受光线、背景、焦距等的影响，图片本身难以真实有效地反应腐蚀信息，从而不能准确判别腐蚀级别。光谱成像技术能够有效地解决图片信息有误的问题，其原理是运用光谱扫描手段获取试样在不同波长照射下的光学行为信息，形成有试样上相应点不同光学参量值构成的信息分布图像，并据此图像获取试样的定位、定性和定量分析信息，在简化结果评价方式上面，可将光谱成像技术应用于腐蚀评级，采取与数字图像法类似的方式，实现便捷的腐蚀评级。