老化生物柴油系统中铜锌合金的腐蚀风险与材料降解机制研究及其对可再生能源应用可靠性的影响

本文系统研究了铜锌合金在老化菜籽油生物柴油中的腐蚀行为，通过SEM、EDX、XRD、FT-IR和GC-MS等多维分析技术，揭示了生物柴油加速局部腐蚀（表现为严重点蚀和Cu2O/CuO氧化层形成）的机制。研究发现尽管抗氧化剂TBHQ能部分抑制氧化，但无法完全阻止材料降解，且存在铜锌选择性腐蚀的电偶效应。研究为生物柴油燃料系统的材料兼容性优化提供了关键数据支撑，对可再生能源装备的可靠性保障具有重要工程意义。

　　

易腐蚀区域

生物柴油与柴油混合或直接应用于农业机械共轨直喷（CRDI）柴油机时，会对发动机关键部件引入腐蚀风险，包括燃油箱、低压燃油泵、燃油滤清器、高压燃油泵、共轨管、轨压传感器、喷油器、活塞、活塞环、缸体以及燃油供给/回流管路（见图1）。

燃料选择、制备与添加剂处理

为研究铜锌合金的腐蚀行为，我们制备并测试了六类燃料：纯柴油（B0）、纯菜籽油生物柴油（B100）、生物柴油-柴油混合燃料B20（20%生物柴油与80%柴油体积比）和B50（50%生物柴油与50%柴油），以及其经抗氧化处理的对应样品B100T和B20T——通过在B100和B20中添加500 ppm的TBHQ获得。本研究使用的B100是通过精炼菜籽油与甲醇在碱催化下经酯交换反应制备而成。

腐蚀前表征分析

图2展示了腐蚀实验前铜锌合金材料的扫描电镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析结果。如图所示，铜锌合金的SEM图像和EDX分析确认其表面光滑、无缺陷，成分均匀，含约61%的铜和39%的锌，且未检测到氧（O）元素。不存在点蚀或不规则等腐蚀特征，为后续在生物柴油混合燃料中暴露后的对比建立了可靠基线。

结论

本研究探究了铜锌合金在老化菜籽油生物柴油中的腐蚀行为，并评估了抗氧化添加剂TBHQ在240、480和720小时延长暴露时间内的 mitigation 效果。结果表明，铜锌合金在老化生物柴油中发生显著表面氧化，主要腐蚀产物为氧化铜（CuO和Cu₂O），而锌基本未受影响。生物柴油的氧化降解与游离脂肪酸的产生是推动铜腐蚀的关键因素。