避免液体冷却系统腐蚀

水和水/乙二醇溶液是工业液体冷却回路中的标准传热流体，但它们的电化学活性也使其对接触的金属具有腐蚀性。本文涵盖了三种主要的腐蚀机制——化学腐蚀、电偶腐蚀和冲蚀腐蚀——以及控制每种腐蚀机制的设计决策、冷却液化学成分和维护措施。本指南最适用于…… 液体冷盘 和 板翅式换热器 用于电动汽车电池热管理和储能系统冷却。文中提及的 pH 值范围、氯化物限值和抑制剂类型仅供参考。实际数值必须根据冷却剂供应商的规格、所用合金和连接材料以及运行条件进行验证。.

为什么液冷回路本身就容易发生腐蚀

液冷回路的腐蚀风险源于水基冷却剂及其接触金属的化学性质。溶解氧是主要的腐蚀加速剂。在闭式系统中，溶解氧在运行的最初几周内会被消耗殆尽，之后腐蚀速率会大幅下降。而开式系统则通过与空气接触不断补充氧气，导致整个运行过程中腐蚀速率较高。.

冷却液的pH值、电导率、抑制剂浓度、温度、流速以及接触材料的具体组合等因素相互作用，共同决定哪种腐蚀机制占主导地位。没有任何单一参数能够单独决定腐蚀行为。.

腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀会导致表面均匀的金属损失，这种腐蚀是可预测的，通常在结构失效前即可检测到。局部腐蚀，主要表现为点蚀，会迅速穿透薄壁部件（例如冷板通道），往往在表面损伤显现之前就已造成泄漏。.

电偶腐蚀：异种金属与电化学风险

当两种电化学电位不同的金属在导电冷却液中发生电接触时，就会发生电偶腐蚀。冷却液充当电解质，电位较低的金属会优先腐蚀。腐蚀速率取决于电位差、冷却液电导率、pH值、抑制剂的化学性质、阳极与阴极的面积比、温度以及组件之间是否存在不间断的导电通路。.

在导电水基冷却液中，铝和铜是高风险组合。如果没有合适的抑制剂或电隔离措施，同一电路中与铜或黄铜元件连接的铝制冷板很可能加速腐蚀。然而，实际腐蚀速率取决于上述所有变量。铝与铜或黄铜混合的电路应根据具体的冷却液配方进行评估，而不是一概禁止。某些抑制剂适用于混合金属电路。如果无法避免使用不同金属，则可以使用绝缘接头在材料过渡处断开导电通路。.

电偶腐蚀风险遍及所有与流体接触的部件——接头、连接器、阀门和卡箍都会产生电化学反应。必须对整个流体路径的材料相容性进行评估。.

冲蚀腐蚀：流动几何形状、颗粒和组分流速限制

当冷却液流速足以机械地去除金属表面的保护性氧化层时，就会发生冲蚀腐蚀。这使得基体金属在氧化层重新形成之前就暴露出来，遭受化学侵蚀。随着冷却液不断剥离新形成的氧化层，这一过程会自我强化。风险集中在流向或流速突变的地方，例如通道弯曲处、进气歧管、直径突变处以及湍流产生几何形状下游的区域。.

没有适用于所有冷板的通用安全流速阈值。最大流速必须参考组件供应商的数据手册，并根据特定安装的通道几何形状、冷却液化学成分、过滤质量和压降限制进行验证。.

冷却液中悬浮颗粒（可能来自先前的腐蚀产物、水垢或过滤不充分）即使在低流速下也会加剧腐蚀。因此，颗粒过滤器不仅是清洁措施，也是腐蚀控制的重要组成部分。.

控制措施包括采用更大半径的弯管、歧管入口处逐渐变化的直径、光滑的内通道表面、降低溶解氧含量以及采用与通道几何形状相匹配的过滤方式。调试或维护冲洗期间，不得超过组件规定的最大流量。.

冷却液化学：pH值、抑制剂和监测

有效的 冷却液选择 铝制冷板需满足三个相互依存的控制条件：pH 稳定性、与所含金属相匹配的抑制剂化学性质，以及在其使用寿命内保持的乙二醇条件。.

pH值： 对于以铝为主的冷板回路，许多冷却液供应商建议使用接近中性至弱碱性的pH值范围，通常为7.0-8.5。这样可以保护氧化铝层免受酸性点蚀和碱性溶解的影响。混合金属回路和乙二醇基冷却液可能使用不同的pH值范围，例如8.0-10.5，具体取决于抑制剂配方和所用材料。冷却液供应商的规格才是最终依据；上述范围仅供参考。.

按金属选择抑制剂：

• 磷酸盐： 对铁、钢和大多数铝材有效
• 甲苯基三唑（TT）/苯并三唑（BT）： 对铜和黄铜有效；是混合金属电路抑制剂封装中的标准配置。
• 硅酸盐 低浓度下具有广谱杀菌作用；高浓度或高温下存在沉积风险
• 亚硝酸盐 对铁质金属有效；但不适用于锡铅焊料浓度较高的环境。
• 钼酸盐： 对铁金属有效；广泛用作传统铬酸盐类抑制剂的替代品

抑制剂会因化学消耗和热降解而逐渐减少。必须按计划间隔检测其浓度——仅凭时间流逝不足以作为可靠的指标。.

监测： 折射仪只能测量乙二醇浓度。抑制剂浓度需要单独检测——可以使用冷却液供应商提供的测试套件、比色法或滴定法，或者在需要更密切监测的情况下，使用电感耦合等离子体发射光谱法 (ICP) 或离子色谱法等实验室分析方法。系统达到工作温度后，应在每次冲洗或加注冷却液后的 24-48 小时内重新检测 pH 值和抑制剂浓度。.

腐蚀控制标准和测试方法

制定腐蚀控制措施时应参考已建立的测试方法和指南，而不是依赖通用参数：

对于电动汽车和储能系统应用，冷却剂认证除了耐腐蚀性之外，还应考虑湿接头的热循环应力、振动暴露和防冻性能。.

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铝合金及钎焊设计考虑因素

铝冷板的耐腐蚀性取决于 冷板设计 决策——合金选择、钎焊设计、表面状况和冷却剂兼容性——不仅仅是冷却剂化学成分。.

• 合金选择： 3xxx系合金（锰基合金）因其在多种冷却液环境下优异的耐腐蚀性能，被广泛应用于热交换器和钎焊板材领域。6xxx系合金（镁硅合金）具有更高的结构强度，常用于机加工或挤压成型的冷板。其腐蚀行为必须根据氯化物浓度、pH值、表面处理和连接工艺进行验证。.
• 钎焊包覆： 在某些钎焊板设计中，包覆层的阳极性略高于芯材合金。这为结构材料提供了一定程度的牺牲阳极保护——其原理类似于船舶防腐蚀中的锌阳极。但并非所有钎焊冷板都适用此原理。包覆合金、填充合金、芯材合金的成分以及钎焊后的表面状态都必须针对预期应用进行具体规定和验证。.
• 表面光洁度： 内部通道表面粗糙度会产生局部湍流，从而加速工作流速下的冲蚀腐蚀。光滑的内表面和渐进的端口过渡可以降低这种风险，同时又不牺牲散热性能。.

我们的水冷板采用专为电动汽车和储能系统环境选择的铝合金制造，通道几何形状和表面规格经过专门开发，具有长期耐腐蚀性。.

长期腐蚀控制维护计划

以下时间表支持 ESS 服务寿命 通过在冷却液化学问题造成部件损坏之前发现并解决这些问题。.

冷却液pH值超出供应商规定的范围时，应立即进行冲洗和重新加注。在继续运行的同时尝试进行pH值现场校正会加速腐蚀，且腐蚀造成的损害无法逆转。.

结论

铝制液冷回路的腐蚀控制需要根据每个特定系统的工况，匹配冷却液的化学成分、材料选择和维护措施。在电动汽车和储能系统中，导致服务中断的最常见失效模式——卤化物污染引起的点蚀、混合金属连接处的电偶腐蚀以及高速通道几何形状处的冲蚀——每种失效模式都有相应的工程控制措施。在设计阶段就加以考虑，效果最佳。.

在我们为电动汽车电池和储能系统热管理设计的冷板中，有三个变量最能稳定地决定其长期耐腐蚀性：合金和钎焊包覆层的规格、调试时的进水水质以及整个运行过程中抑制剂的化学成分。如果系统在冷却剂供应商规定的pH值和抑制剂浓度范围内投入使用，并通过定期监测保持在该范围内，则通常能够达到其设计寿命而不会发生与腐蚀相关的故障。.

工程师在评估用于对腐蚀敏感的电动汽车或储能系统的冷板方案时，欢迎与我们联系，提供他们的电路架构、冷却液化学成分、材料清单和运行条件，以便我们进行兼容性评估。 水冷板 提供应用工程支持，涵盖合金选择、压力测试和冷却剂兼容性。.

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