工程車輛發動機汽缸內表面的修復

摘要：工程車輛大多都在重載、污染嚴重、施工條件惡劣的工況下作業，作業負荷大，造成機械故障多、發動機汽缸表面的腐蝕和磨損嚴重、維修周期短、嚴重影響工程進度，所以強化發動機汽缸等零部件的表面，對延長工程車輛的維修周期，提高工程效率起著至關重要的作用。

關鍵詞：工程車輛；發動機；維修

中圖分類號：TK402 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 16-0151-01

一、材料表面強化技術的組成

材料表面強化技術是通過各種表面涂層技術與表面改性技術提高維修質量的工程方法。利用各種物理、化學或電化學、機械或電子的工藝過程，以滿足零件表面的技術要求。針對各種零件表面的失效形式特征和機理，綜合或復合應用各種材料表面強化技術進行維修與防護，廣泛應用于制造行業和維修行業機械設備的防腐、耐磨、裝飾或賦予零件表面特殊性能。材料表面強化技術種類較多，但常見的主要有以下三種，表面沉積強化技術、改變表面成分強化技術和改變表面組織強化技術。

（一）表面沉積強化技術

表面沉積強化是在零件表面加入或沉積與基體成分不同的材料，以獲得強度高、耐磨性與抗蝕性好的表面層，主要包括表面薄膜強化和表面冶金強化。

1.表面薄膜強化

應用物理的或化學的方法，在金屬表面涂覆于基體材料性能不同的強化膜層，稱為表面薄膜強化。它包括電鍍、化學鍍（鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、鍍銀等）以及復合鍍、刷鍍或轉化處理等，也包括近年來發展較快的高新技術：如CVD、PVD、P-CVD等氣相沉積薄膜強化方法和離子注入表面強化技術（也稱原子冶金技術）等等。它們共同的特點是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，以強化表面的耐磨性、耐疲勞、耐腐蝕和自潤滑等性能。

2.表面冶金強化

利用工件表面層金屬的重新融化和凝固，以得到預期的成分或組織的表面強化處理技術稱為表面冶金強化。包括表面自溶性合金或復合粉末涂層、表面融化結晶或非晶態處理、表面合金化等方法。特點是采用高能量密度的快速加熱，將金屬表面層或涂覆于金屬表面的合金化材料熔化，隨后靠自己冷卻進行凝固以得到特殊結構或特定性能的強化層。這種特殊的結構或許是細化的晶體組織，也或許是過飽和相、亞穩相、甚至是非晶體組織，這取決于表面冶金的工藝參數和方法。

（二）化學熱處理強化

利用某種元素的固態擴散滲入，來改變金屬表面層的化學成分，以實現表面強化的方法稱為化學熱處理強化，也稱之為擴散熱處理。包括滲硼、滲金屬、滲碳及碳氮共滲、滲氮及氮碳共滲、滲硫及硫氮碳共滲、滲鉻、滲鋁及鉻鋁硅共滲、石墨化滲層等等，種類繁多、特點各異。滲入元素或溶入基體金屬形成固溶體，或與其他金屬元素結合形成化合物。總之滲入元素即能改變表面層的化學成分，又可以得到不同的相結構。

（三）改變表面組織強化技術

對于表面組織改變強化的零件，所有因處理而引起的變化均在基體內，屬于顯微組織的變化。表面形變強化和表面熱處理強化是表面組織改變強化的兩種形式。

表面形變強化一般是利用機械方法使金屬表面層發生塑性變形，從而形成高硬度、高強度的硬化層的強化方式。例如，噴丸處理生成的硬化層中的位錯密度可達10的12次方/立方厘米，亞晶可碎化至0.02μm。表面層的密度越高、亞晶越細，則其強度、硬度越高。

表面熱處理強化是利用固態相變，通過快速加熱的辦法，對工件表面進行淬火，所以也稱表面粹火，火焰、激光、等離子淬火等，利用表面激光強化方法強化發動機關鍵零件的研究及應用已經較為廣泛。

為了提高零件的耐磨性，可以從多種表面處理工藝中選用一種對零件表面進行強化，也可以選用一種以上進行復合處理，但必須遵循的原則就是效果好、成本低，即選用性價比高的強化工藝。

對于發動機氣缸表面的強化所進行的材料表面強化技術的選用，要根據具體工作環境，采用適宜的材料表面強化技術，制定合理的修復方案。

二、材料表面強化技術在工程車輛發動機維修中的應用

車輛發動機汽缸的磨損程度，直接影響工程車輛的使用，是決定發動機是否需要進行大修的一個重要標志，所以本文選擇工程車輛發動機汽缸內壁的修復和強化作為研究和探討的重點。綜合各種情況，我們需要了解和掌握鍍鐵、化學鍍鎳等工藝對發動機汽缸耐磨性強化的試驗。

（一）材料的選用

以發動機普遍采用的高磷鑄鐵材料作為對比材質，其它試件基材選用20鋼，分別采用無刻蝕交直流低溫鍍鐵工藝、化學鍍鎳工藝制備鍍鐵和化學鍍鎳試件。根據發動機汽缸的磨損規律，試驗參數范圍選定在做功行程時，汽缸內上止點下1-8mm內的負荷工況。

為了模擬實際活塞環材質，磨輪選用45鋼，外圓面鍍鉻，保證與鍍鉻活塞環材質相近，以提高耐磨性強化試驗的實用性。

（二）修復工藝

工程車輛發動機汽缸修復，根據不同表面強化處理方法，對處理后的汽缸進行加工，并進行必要的后處理。

鍍鐵試件采用低溫鍍鐵工藝施鍍，鍍層達到0.8mm后按工件尺寸加工。化學鍍鎳試件選用氮化鎳為主鹽，試件經除油、水洗后施鍍，鍍后需進行熱處理，以提高鍍層的硬度和耐磨性以及與基材的結合強度。

（三）效果測試與工藝分析

在試驗過程中，磨輪的軸是固定的，根據壓力范圍，通過平臺對試件進行加力。對每個壓力水平下試驗的試件經清洗、烘干后，進行多次測量，得到不同材料磨損失重結果。選用每種材質試驗中的重復試驗數據，經平均處理后，得到各材質的相對耐磨性系數（標樣取高磷鑄鐵材質）。通過分析可知，高磷鑄鐵和鍍鐵在低負荷時的耐磨性基本一致，化學鍍鎳的耐磨性較高。在中高負荷工況下，化學鍍鎳的耐磨性較高。在中高負荷工況下，化學鍍鎳的耐磨性明顯高于另外兩種材質，說明其適合于較大功率的發動機汽缸工作表面材料的強化。在試驗過程中，由于很薄的化學鍍鎳層即可滿足試驗，工藝成本較低。在實際應用中，可用于磨損量較小的大功率汽缸修復或修復后汽缸的表面強化。

三、結論

汽缸是工程車輛發動機最容易磨損的零部件之一，其磨損程度是決定發動機是否需要進行大修的重要指標。在對工程車輛發動機汽缸耐磨性的提高研究過程中，把缸套——活塞環摩擦作為一個系統，在保證缸套耐磨性的同時，考慮到活塞環的匹配性，以提高研究結果的實用性。根據不同材質的磨損試驗及耐磨性分析，確定化學鍍鎳強化方法可以作為強化工程車輛發動機汽缸的修復工藝。使用這種工藝對提高發動汽缸的耐磨性，對延長發動機使用壽命、延長維修周期、提高工作效率會起到非常重要的作用。