汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能探析

李緒德

摘 要：國(guó)內(nèi)的汽車市場(chǎng)非常龐大，經(jīng)濟(jì)水平的提高以及巨大的人口基數(shù)支撐起了汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展。在這種情況之下大力發(fā)展國(guó)內(nèi)的汽車制造，補(bǔ)齊國(guó)內(nèi)汽車制造的缺口是重中之重。無論是對(duì)于汽車制造業(yè)而言還是對(duì)于汽車消費(fèi)者而言，對(duì)于汽車內(nèi)燃機(jī)的性能都是十分關(guān)注的。而活塞作為汽車內(nèi)燃機(jī)主要零件之一，其表面防護(hù)及耐磨性能的是否能得到提高直接影響到了汽車內(nèi)燃機(jī)以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。因此，本文圍繞著汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能進(jìn)行討論，對(duì)其表面防護(hù)與耐磨性能的提高方式進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)燃機(jī);活塞;表面防護(hù);耐磨性能

0 引言

對(duì)于汽車內(nèi)燃機(jī)而言影響其壽命的主要原因之一就是摩擦磨損，若是內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的零件磨損嚴(yán)重不但會(huì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的性能以及使用壽命造成影響還會(huì)導(dǎo)致汽車整體的安全性與穩(wěn)定性下降。例如內(nèi)燃機(jī)的活塞若是磨損嚴(yán)重可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量散出的不夠及時(shí)，從而使活塞的熱強(qiáng)度降低。在這種情況之下，內(nèi)燃機(jī)的拉缸容易發(fā)生破裂。因此，加大對(duì)汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能探析，對(duì)于國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展而言有重大的意義。

1 汽車內(nèi)燃機(jī)活塞結(jié)構(gòu)分析

汽車內(nèi)燃機(jī)的活塞一般是由三個(gè)部分組成的，分別包括活塞頭部、活塞裙部和活塞銷座。活塞從整體外觀上來看是這三個(gè)部分組成的圓柱體。活塞的設(shè)計(jì)考慮到實(shí)際使用的環(huán)境與要求具有較大的靈活性，會(huì)根據(jù)不同的條件呈現(xiàn)出不同的構(gòu)造?？偟膩碚f活塞的頭部可以分為活塞的頂端與活塞頂端的一個(gè)比較復(fù)雜的形狀：環(huán)槽。一般來說內(nèi)燃機(jī)活塞的頂端設(shè)計(jì)采用的大多是平頂設(shè)計(jì)或者使用與平頂設(shè)計(jì)相似的設(shè)計(jì)方案，這一的設(shè)計(jì)方式是要是為了適應(yīng)燃燒室內(nèi)不同的惡劣環(huán)境，同時(shí)可以在一定程度上縮小頂部與高溫氣體的接觸面積，從而提高應(yīng)力的均為分布程度。塞在使用的過程中可能會(huì)出現(xiàn)許多問題，比如頭部受損出現(xiàn)凹槽。這一問題會(huì)可能會(huì)帶來漏氣甚至是雜質(zhì)進(jìn)入到燃燒室等現(xiàn)象，從而降低內(nèi)燃機(jī)的使用壽命。因此，為了避免這些問題的發(fā)生可以在環(huán)槽上安裝活塞環(huán)，通過這一手段來提高內(nèi)燃機(jī)活塞的密閉性。而活塞環(huán)的安裝位置就是活塞頂端的復(fù)雜形狀：環(huán)槽，這一設(shè)計(jì)能夠很好地解決以上問題并且提高燃燒氣體的利用率，減少爆燃現(xiàn)象的發(fā)生。另外，內(nèi)燃機(jī)的活塞除了頭部之外活塞裙部也具有很重要的地位，活塞裙部位于活塞的下方，對(duì)整個(gè)活塞起到導(dǎo)向作用。當(dāng)活塞在正常運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而這一過程得保持活塞的垂直狀態(tài)，因而需要依靠活塞裙部的導(dǎo)向作用。

2 提高汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能分析

提高汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能一直以來都是國(guó)內(nèi)外相關(guān)科學(xué)家的追求，一些科學(xué)家在做這方面的研究時(shí)，就通過對(duì)名鋁合金的化學(xué)元素進(jìn)行改造的方式來達(dá)到降低重力澆鑄工藝這一過程存在的不足。雖然這一方法有效的提高了汽車內(nèi)燃機(jī)的性能，但是并沒有解決活塞的導(dǎo)熱性能以及摩擦磨損性能等問題。于是，許多專家通過研究又提出在鑄造汽車內(nèi)燃機(jī)活塞時(shí)可以試著使用液態(tài)鋁合金壓鑄、擠壓這類方法。但是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)在之后還是因?yàn)槿垡簤耗＿^程冷卻過快的問題導(dǎo)致活塞壁厚的分布不夠均勻，無法大量投入使用。因此，這一方式到目前為止還沒有取得很大的進(jìn)展。

2.1 汽車內(nèi)燃機(jī)活塞復(fù)合材料選擇

想要提高汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能，除了借助高科技手段來實(shí)現(xiàn)之外，還要注重一些最基本的原則。比如對(duì)于活塞外層表面的復(fù)合材料的選擇與使用。內(nèi)燃機(jī)活塞使用的復(fù)合材料主要是通過一些物理反應(yīng)或者是化學(xué)反應(yīng)將兩種或者是多于兩種不同性質(zhì)的材料合成為具有新性能的材料，這一材料在汽車內(nèi)燃機(jī)活塞外表層形成。內(nèi)燃機(jī)活塞的性能如何與外表層的復(fù)合材料選擇是有很大聯(lián)系的。為了使汽車內(nèi)燃機(jī)的活塞在高溫的環(huán)境下能保持良好的機(jī)械性能以及導(dǎo)熱性能和減磨性能，并且為了保障汽車在正常行駛過程中的頂部、環(huán)區(qū)溫度與汽車內(nèi)燃機(jī)熱應(yīng)力變化在一定的幅度之內(nèi)，在選擇內(nèi)燃機(jī)活塞復(fù)合材料時(shí)要充分考慮到材料的膨脹系數(shù)、吸熱性能、比重以及工藝性能等方面的問題。另外，不同的復(fù)合材料達(dá)到的效果不同，要根據(jù)實(shí)際需要的效果以及汽車整體的性能設(shè)計(jì)來選擇內(nèi)燃機(jī)活塞的復(fù)合材料。比如選擇鋁基復(fù)合材料，主要用來提高活塞的耐磨性能以及活塞的耐疲勞強(qiáng)度，同時(shí)還能提高活塞的耐高溫性?？偟膩碚f，汽車內(nèi)燃機(jī)活塞復(fù)合材料的選擇直接關(guān)系著內(nèi)燃機(jī)的整體性能所以要綜合多方面的因素進(jìn)行考慮。

2.2 汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)處理方法

通過對(duì)汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面進(jìn)行防護(hù)處理也能很大程度上提升活塞的表面防護(hù)與耐磨性能。使用等離子 Ti+N 共滲的方法來提高汽車內(nèi)燃機(jī)活塞性能，具有很大的實(shí)際效用。首先等離子 Ti+N 本身就具有較高的耐腐蝕性能、以及耐磨性能，通過該方法在活塞表面形成的Ti+N 共滲層，使活塞的復(fù)合表面得到改良，能有效提高摩擦磨損性能。雖然，這一方法比較復(fù)雜，過程也比較繁瑣，但是對(duì)于活塞表面的耐磨性、韌性、耐腐蝕性等都有顯著的提高效果，從而也提高了活塞的使用年限與內(nèi)燃機(jī)的使用性能。

3 結(jié)束語

上文對(duì)汽車內(nèi)燃機(jī)的重要性、以及結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析，并且在此基礎(chǔ)上對(duì)如何提高內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)復(fù)合材料選擇，等離子 Ti+N 共滲等進(jìn)行了探討。希望本文能為國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

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