汽車內燃機活塞的表面防護與耐磨性能

姚遠

（三門峽職業技術學院 472000)

1 實驗材料與方法

實驗手段：對汽車內燃機活塞的表面采用等離子Ti+N共滲透法進行防護處理。

實驗方法：第一步，對基材進行雙輝等離子滲透Ti，接著通過對其進行Ti+N共滲處理，以此來形成共滲層，這一操作過程是在同一滲金屬爐中進行的；第二步，利用掃描電子顯微鏡實現表面防護層形貌以及界面組織的分析，同時還需要測量微區成分；第三步，利用X'Pert PRO X射線衍射儀，實現對其的物相結構分析，采用往復磨損試驗器進行溫室摩擦實驗，采用激光共聚焦顯微鏡以測量表面磨損情況的數據。

2 實驗結果與分析

汽車內燃機活塞表面經過Ti與Ti+N共滲后，對表面進行處理，發現基材表面氣孔、孔洞的缺陷消失，同時可以觀察到其表面存在少部分泡狀結構。

基材表面經過Ti+N共滲后形成一個厚度為14 μm的合金層，這個合金層跟基體截面層結合良好且組織均勻。通過對表面合金層相鄰的區域進行化學成分分析后發現，Cu元素的含量越高，與表面距離則越遠；反之，表面距離越近，則Cu元素含量越低，這兩者之間存在著正比例關系。N、B元素含量之間則相反，他們之間呈現出反比例關系。Ti元素總體上呈現出先增后降的趨勢。

BeCu是汽車內燃機活塞基材的主要成分，而當其經過Ti+N共滲處理后，表面形成的相物主要就是BeCu與TiN，這就表明了經過共滲處理后的基材表面形成了一個TiN合金層，該合金層對活塞基材表面的耐磨性和硬度產生重要的影響[1]。

在載荷為10 N，摩擦時間為30 min時，Ti共滲層與摩擦的磨損形貌如圖1所示。

圖1 內燃機活塞表面共滲層和摩擦的表面形貌

對于共滲層來講，表面磨痕比較光滑，不存在脫落現象，磨痕局部形貌有平整的表面。對于摩擦的磨損形貌來說，磨痕的直徑大約有355 μm，并可看見有較多的磨損屑，局部存在黏著物，表現出黏著磨損的特性。

在相同條件下，內燃機活塞基材與Ti+N共滲層的表面磨痕跨度大約為750 μm，深度為35 μm。而對于表面共滲層而言，表面磨痕的寬度約為350 μm，深度約為15 μm。由此可以推斷出，Ti共滲層與內燃機活塞基材相比，其磨痕寬度與深度都比較低。

如表1所示，內燃機基材磨損率遠大于共滲層，內燃機活塞的磨損性能在經過等離子處理后有了一定程度的提升，這是因為基材表面的共滲層經過等離子處理后，形成了硬度性能高的TiN合金層，從而使得其表面的耐磨性能得到明顯的增強。

表1 基材與表面與工滲層磨損體積的統計結果

3 結束語

活塞的基材表面經過共滲形成約為4 μm厚度的合金層，合金層與機體具有良好的結合度。汽車內燃機活塞表面基材的相物主要是BeCu，經過處理后的相物是BeCu與TiN。

【參考文獻】

[1]馬素娟,田榮.不同表面處理工藝對汽車零部件用20CrMnTi鋼耐磨損性能的影響[J].鑄造技術藝2015,36(7):1706-1710.