汽車內燃機活塞的表面防護與耐磨性能研究

顏俊先　 潘江如　馬婕

摘 要：科技進步帶來的各行業的飛速發展。隨著汽車數量的增多，汽車制造技術提升的同時，其成本也在相應下降。在汽車的選擇上，人們普遍于對汽車內燃機有高性能要求，而活塞作為汽車內燃機的重要部件，起所處的環境比較復雜。通常會在工作中會出現交變的機械負荷和熱負荷。所以我們要想提升汽車的發動機壽命，就應該首先對汽車內燃機的活塞進行有效的表面防護和耐磨度提升。本文結合汽車內燃機活塞的基本結構分析，對活塞表面防護及耐磨性進行了性能的探析，以供參考。

關鍵詞：內燃機;活塞;表面防護;耐磨

前言：汽車內燃機是汽車的重要部件，其性能的可靠性取決于總體的耐磨程度。這主要是因為汽車內燃機的零部件在長期工作中會經常處于磨損的狀態，一旦磨損嚴重，就會影響汽車使用的安全性和可靠性。活塞在內燃機中是重要的磨損部件，如果活塞在運動中不能將吸收的熱量及時散發，就會使其自身熱度增強而降低其耐磨損性能，最終會出現拉缸或者活塞熱烈等嚴重事故。所以必須從重視汽車的使用壽命和安全性角度對汽車內燃機性能進行良好的優化。

1汽車內燃機的活塞基本結構

活塞在結構上主要由頂部、裙部和銷座三部分。汽車一旦發動，活塞會根據汽車發動機的運行環境進行啟動工作，從而實現自身的配置優化。活塞頭的設計一般會以平頂或者接近平頂的形式為主，這樣能夠確保活塞適用于不同的燃燒室。另外，通過平頂或者接近平頂的設計能夠降低活塞與高溫氣體的接觸面積。活塞在頂端的設計還有一個較為復雜的環槽形狀，活塞環安裝到環槽之后，環槽主要是為了實現燃燒室內混合氣體需求的滿足，提升燃燒率，降低燃爆率。活塞出現凹槽、漏氣以及其他雜質都會進入到燃燒室，這時為了確保密閉性，就要在環槽上安裝一個活塞環。整個活塞的裙部具有導向作用，確保活塞在在運動中處于垂直狀態。活塞裙部的形狀能夠實現汽車內燃機活塞研究。最后就是活塞的銷座，他作為支撐結構，實現了銷座與連桿的銜接。銷座與活塞不同心時，汽車發動時的噪音就比較小。通過將活塞向缸壁稍稍偏移，就能夠降低活塞運動時對缸壁的敲擊。

1活塞材料選擇對內燃機活塞耐磨影響分析

內燃機上的活塞一旦運動速度較快，其高頻率的運動如果遇上不加的潤滑，就會使接觸力點發生較大變化。所以如果使用普通的材料來制作活塞，那么活塞的耐用性強非常短暫。隨著材料科技的發展，目前應用于活塞的材料主要是復合型材料。復合型材料耐高溫耐彈性，具有較強的耐磨性，所以在當今通過對復合材料耐磨性的研究，有助于對內燃機活塞性能的優化。作為活塞主要部分的裙部可以確保活塞長期運動中的垂直狀態。所以裙部材料的性能要求也非常高。如何通過對裙部形狀的改變來優化發動機結構，也是設計人員高度重視的問題。而對于而作為內燃機重要結構的活塞銷座，是將活塞與連桿連接的地方，這部分的材料研究也非常重要。在實際的汽車使用中，內燃機相關的部件也會出現失效。這主要是由于活塞磨損嚴重而影響了內燃機的性能。為此，我們可以通過，Ti-N共滲層的分析來提升內燃機活塞的表面防護與耐磨性能。以下將從等離子Ti+N的共滲性進行實驗過程分析。

2性能實驗方法及所用的材料

2.1實驗介紹

通過等離子Ti+N共滲透法汽實時，對汽車內燃機活塞所用材料進行耐磨性能的分析和防護處理措施確定，目的是提升內燃機活塞的防護與耐磨性能。

2.2實驗過程

首先，先利用同一個金屬滲透爐將實驗所用的基本材料以等離子滲Ti的形式進行完全充分處理。Ti結束處理后再及時對其進行Ti+N的共滲處理。這兩個過程都是以雙輝等離子進行滲透的形式開展的。其次，借助比較先進的現代掃描儀對經過共滲處理后的Ti+N材料做不同角度的分析，并對分析的數據進行測算，找出其中的成發分微區。最后，要對所實驗的材料進行物理成像的結果分析，這個過程中要借助先進的x射線衍射儀器。但同時要注意的是，要實現對整個過程的連續性觀察，能夠對Ti+N經過共滲處理后的材料通過對汽車運行過程材料受損的模擬操作來分析汽車內燃機活塞做往復性運動時其表面所產生的磨損情況，并對這些連續觀察的數據進行記錄和全方面分析。

3實驗數據的分析和結果

通過以上的材料實驗，我們結合內燃機活塞表面在經過了Ti與Ti+N共滲后的材料數據進行對比分析，發現經過共滲后的材料其氣孔已經看不到，反而在結構上呈現泡狀。通過進一步的精確測算推理得出，汽車內燃機活塞的表面大多都具有一層14μm厚的合金。合金層較為均勻的組織結構能夠實現與活塞基礎材料的完全貼合。再結合材料的物理及化學分析我們得出了結論：Cu元素成分含量與其表面的距離成正比關系。如何實現兩者之間的最優比例優化還需要通過實驗進行進一步的測算。而N、B兩種元素則與表面的距離呈現反比例關系。Ti元素在活塞表面材料的分布上隨著表面的距離增大會呈現先加后減的趨勢。BeCu是活塞基礎重要組成，他通過Ti+N的共滲處理后表面就形成了BeCu 與 TiN 的相吻合狀態，這充分說明了汽車內燃機活塞材料中雙輝等離子在經過供認處理后形成了一個TiN 合金層。而這個合金層是影響活塞表面防護與性能的關鍵。同等條件下。Tr end和金屬層厚度。及寬度。都比內燃機活塞的基礎材料磨很小。通過活塞表面經過Ti與Ti+N共滲后所發生的變化來看，活塞表面的防護與耐磨性能因其汽車活塞表面經過T2與TM的貢獻處理后合金層變得更加光滑，平整，而不會出現脫落，從而實現了內燃機表面防護與耐磨性能的提升。

4提升汽車內燃機活塞表面的防護處理

為保證后續等離子 Ti+N 共滲處理效果，可在反向刻蝕處理之后，將汽車內燃機活塞環放入復合液槽內進行重復電鍍。即選擇 190 g/L 硫酸鎳、55 g/L 氯化鎳、35 g/L 硼酸、1.5 g/L 納米碳、0.25 g/L 無機分散劑、35 g/L 亞磷酸等物質 [2] 。控制復合液槽內酸堿值為 1.5～1.7，溫度在（55～65）℃，脈寬在 2.0 ms，平均電。后，以反向刻蝕的方式，將汽車內燃機活塞環放入等離子Ti+N 共滲處理槽中。等離子 Ti+N 共滲處理槽內有硫酸 1.5 g/L。同時連接 4.5 V 電壓，控制汽車內燃機活塞環在等離子 Ti+N 共滲處理槽內反應時間在 55 s 左右，反應溫度在 55.5 ℃左右。等離子 Ti+N 具有高耐磨性能、高耐腐蝕性能、良好的自潤滑納米增強相及韌性。通過等離子 Ti+N 共滲處理對汽車內燃機活塞復合表面進行改性處理，可在汽車內燃機活塞復合層形成致密、均勻鑲嵌的納米涂層，從而進一步提高汽車內燃機活塞表面耐磨性、韌性、耐腐蝕性及與摩擦副的交互程度，進而提高汽車內燃機活塞應用年限。

5結語：

綜上所述，汽車制造業也面臨著激烈的競爭。通過提升汽車內燃機活塞的表面耐磨性以及防護性能，能夠使企業在當今的發展中處于優勢技術力量。通過提升汽車內燃機活塞表面的防腐與耐磨，可以降低汽車運行中的噪音，容易贏得氣消費者的信賴和認可。而這些性能的改變，將會給汽車行業帶來一個全新的發展機遇。

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.

[2]姚遠.汽車內燃機活塞的表面防護與耐磨性能[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（04）：150.

[3]于江江，杜超博.汽車內燃機活塞的表面防護與耐磨性能研究[J].鑄造技術，2017，38（06）：1352-1355.