Coolants for high requirements: sophisticated corrosion testing in comparison to standard methods

Der Wunsch nach Erhöhung der Energieeffizienz und Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen machen Weiterentwicklungen moderner Verbrennungsmotoren erforderlich. Besonders bei Personenwagen werden verstärkt Verbrennungsmotoren aus Leichtmetall in Verbindung mit größerer Turboaufladung und geringerem Bauraum (Downsizing) eingesetzt. Im Zuge dieser Maßnahmen wird zusätzlich das Verhältnis von metallischer Werkstoffoberfläche zu Kühlmittelvolumen erhöht. Dies reduziert die verfügbare Menge an Inhibitoren, um Korrosion der Werkstoffe im Kühlkreislauf zu verhindern. Weiterhin steigen die thermischen Belastungen deutlich aufgrund der erhöhten Leistungsdichten und der damit verbundenen höheren Motorentemperaturen, was einen wesentlichen Einfluss auf die Korrosion ausübt. Die Betriebsbedingungen, wie Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsart und Druck haben zusätzlich große Auswirkungen auf die Korrosionsschutzwirkung des Kühlmittels und den Schutz vor Erosion oder Kavitation. Demzufolge ist die Überprüfung des Korrosionsschutzes unter Wärmedurchgang in Abhängigkeit von Kühlmitteldurchfluss und Druckbeaufschlagung für Praxis und Forschung erforderlich. Die bestehenden ASTM‐Standardmethoden sind nicht in der Lage, diese Anforderungen für die Bewertung des Korrosionsschutzes von Werkstoffen in Kühlkreisläufen abzubilden. In diesem Bericht werden die Standardmethoden ASTM D 1384 und D 4340 mit der komplexen Korrosionsuntersuchung, der sogenannten modularen Heißtestanlage (MHTA), verglichen. Die modulare Heißtestanlage MHTA ist Teil der Prüfrichtlinie FVV R530‐2005, die von der deutschen Automobil‐ und Chemie‐Industrie als praxisnahe Untersuchungsmethode anerkannt ist. Die drei verschiedenen Testmethoden werden beschrieben und verglichen. Das Materialverhalten von Proben getestet mit der modularen Heißtestanlage MHTA wird auf Grundlage ausgewählter Ergebnisse in einigen Kühlmitteln diskutiert. Darüber hinaus werden die Auswirkungen des Kühlmittelstroms und dessen Einfluss auf die Deckschichtbildung sowie die Auswirkungen der höheren Temperaturbelastungen auf Aluminiumproben dargestellt. Due to the need of increasing energy efficiency, fuel economy and reduction of pollution, modern combustion engines are being designed with light metals, greater turbocharging and decreased construction space (downsizing). At the same time, the included cooling systems are similarly being impacted by smaller designs. Consequently, the reduced coolant volume leads to a smaller amount of inhibitors, which is available to prevent corrosion. Further on, emerging thermal loads have significantly increased due to elevated power densities, higher engine temperatures and greater metal‐coolant fluxes, which place greater importance on high temperature corrosion protection. The operating conditions, like coolant flow rates, turbulence and pressure bounds, have great impact on erosion‐corrosion protection and cavitation protection. Therefore, the verification of corrosion protection under heat rejecting conditions, coolant flow, turbulence and independent pressure load are highly desired for practice and research. The existing ASTM standard test methods are not able to reproduce these requests for evaluating satisfactory corrosion protection of materials in engine coolants. In this paper, the existing test standard ASTM D 1384 and D 4340 are compared with a complex testing method using the hot corrosion apparatus (MHTA), which meets practical demands. The MHTA is part of the test guideline FVV 530‐2005 approved by the German automotive and chemical industry. The different test methods are described and compared. The material behavior of samples tested with MHTA is discussed based on selected results in some coolants with traditional silicate or organic acid technologies for corrosion inhibition. Further, the effects of coolant flow and its influence of deposits as well as the effects of higher temperature loads on samples of aluminum are shown.