金屬磨損自修復技術在汽車發動機維修中的應用

敬謙

（隴東學院，甘肅 慶陽 745000）

磨損是造成材料失效的原因之一，磨損和摩擦是降低機械設備可靠性、壽命、安全性的主要原因。美國、日本等國家研究指出，由于磨損失效造成的機器零件故障直接導致的經濟損失占國民經濟總產值的比例大約在2%，由此可知，采取相應的技術措施降低磨損失效發生率尤為重要?，F階段應用的降低構建磨損失效發生率的技術主要有3種，一是，修復技術；二是，減摩技術；三是，抗磨技術。ART即金屬磨損自修復技術是一種新的表面工程技術，這種技術結合了動態自修復功能、減摩功能、抗磨功能，ART材料主要成分為添加劑、催化劑及礦物成份粉粒，包括Mg6Si4O10（OH）8、Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、MgO等。ART技術的核心是特殊成分的微納米粉體材料在金屬表面形成類金屬陶瓷改性層，在產生摩擦時，類金屬陶瓷改性層將摩擦轉變成為耐磨保護層，如果構件發生磨損則在金屬表面進行選擇性的動態修復。

改革開放以來，我國的經濟發展水平快速提升，汽車的數量逐年增加，當前汽車已經成為了生活的剛需品，同時汽車維修的市場也也越來越大。發動機是汽車的核心部件，一旦發動機出現故障，只能在4S店進行維修。但是，汽車發動機的維修成本較高，花費金額大，因此，十分有必要加強汽車發動機維修技術的研究。而金屬磨損自修復技術成本低，并且應用效果好。

1 金屬磨損自修復技術的機理

當前國內外的專家都十分重視該技術的研究，我國的研究者如徐濱士等人第一次提出金屬磨損摩擦自修復原理。楊鶴等人通過試驗的方法，驗證了主要組分為Mg6Si4O10（OH）8的金屬磨損自修復劑的應用效果，研究結果表明，該修復劑的應用提高了金屬表面硬度。王磊等人以羥基硅酸鎂為自修復劑，試樣盤表面形成了保護層。近年來，金屬磨損自修復技術應用在了汽車發動機和軸承的維系中。李華偉將金屬磨損自修復技術應用在6310滾動軸承上，該技術的應用可以顯著提高軸承的壽命。金屬磨損自修復技術在汽車發動機表面應用時，可以延長整個發動機及相關零部件的使用壽命。

金屬磨損自修復技術（ART）屬于原位摩擦化學自修復的一種，在設備運轉過程中，設備摩擦副表面添加了帶有ART粉體的潤滑脂或潤滑油，在設備的磨損區域，由于微粒研磨剪切力、摩擦切削力的共同作用使磨損區域局部出現微高溫，此時，摩擦副表面的ART粉體發生熱化學置換反應、力化學反應生成類金屬陶瓷層，類金屬陶瓷層在熱能的作用下持續生長填補摩擦副的缺陷，直至恢復到最佳的配合間隙，最終實現磨損自修復，這種修復過程是不可逆的。從理論角度來講，金屬磨損自修復技術可以應用在任何機械設備的摩擦副及磨損零部件。

2 汽車發動機出現的主要故障成因及分析

汽車發動機故障是汽車故障中的常見類型，并且發生率較高，造成汽車發動機故障的原因主要有氣缸磨損因素、拉缸因素等。

2.1 氣缸磨損因素造成的發動機故障

汽車發動機在工作時，氣缸內的活塞運動速度較快，活塞的這種往復運動導致氣缸不可避免的發生磨損。發動機是否需要進行大修的依據之一為氣缸的磨損程度。氣缸發生的磨損主要包括機械磨損、腐蝕磨損、磨料磨損三個方面。機械磨損主要是氣缸和活塞之間存在相互摩擦力，如果氣缸和活塞配合時存在較大的間隙，則活塞邊緣或者活塞環由于運動中的刮蹭作用會增大摩擦力導致氣缸的磨損，如果活塞表面比較粗糙或者運動時產生的爆發力較大則會加速氣缸的磨損。腐蝕磨損主要時燃燒混合氣時產生酸性氧化物和有機酸，從而對氣缸表面產生腐蝕作用。磨料磨損主要是由于機油濾清器和空氣濾清器的工作效果不佳，導致雜質如空氣雜質、潤滑油雜質等進入氣缸，造成氣缸內壁磨料磨損。

2.2 拉缸因素造成的汽車發動機故障

氣缸故障總稱為拉缸，也就是在氣缸的內壁產生比較深的溝紋，這種溝紋將會降低氣缸壁與活塞之間的密封性，造成動力性的損失，這是是發送機產生的一種重大故障，造成發動機拉缸的因素很多。一是，機油質量因素造成汽車發動機拉缸。首先，如果機油質量不過關，機油較稀，粘度過低，產生的潤滑效果不佳，因此，為了避免出現這個現象，通常購買的為粘稠度過高的機油，但是，如果機油的粘稠度過高則可能會造成汽缸壁潤滑油失效，造成拉缸故障。機油雜質含量高、機油的潤滑性能不足也會造成汽車發動機拉缸故障。二是，修復的氣缸表面過于粗糙或者不平，沒有達到相關的要求則會顯著降低氣缸的摩擦副與活塞環之間的密封性，從而造成氣缸出現腰鼓形磨損（中間大兩頭小）或是縱向機械劃痕。出現活塞配缸間隙過大或過小的情況，如果間隙過大則活塞運動時產生的沖擊載荷不均勻不肯定，對潤滑油膜產生破壞作用；如果間隙過小則活塞受熱之后體積變大，變大的活塞對氣缸產生一個擠壓力，對潤滑油的作用產生影響，抑制潤滑油膜的形成。三是，油門超大負荷工作或者減載限速操作不當也會造成汽車發動機的拉缸故障。

除了上述的兩方面因素，發動機的不恰當改裝及發動機本身應用的材料也是造成汽車發動機故障的因素。

3 基于金屬磨損自修復技術的汽車發動機維修方法

3.1 基于金屬磨損自修復技術的氣缸磨損的維修

如果汽車發動機的氣缸的磨損較小，處于早期磨損的范圍內，則可以直接利用金屬磨損自修復技術進行氣缸維修，維修的操作步驟如下：

（1）在汽車發動機的氣缸中注入金屬磨損自修復材料，在發動機不供油的情況下，反復啟動發動機，將修復材料傳輸到發動機內部的氣缸摩擦表面，活塞運動時產生熱能從而實現氣缸磨損表面的金屬磨損自修復。

（2）在機油中直接放入金屬磨損自修復材料，第一次添加金屬磨損自修復材料時應該以潤滑油的定量與壓縮比值作為依據，制作潤滑油與修復材料的混合液放在發動機的油殼底。如果實際壓縮比為90%×標準值，則混合液的加注量為40～50mL/L；如果實際壓縮比為80%×標準值，則混合液的加注量為48～70mL/L；如果實際壓縮比為70%×標準值，則混合液的加注量為64～90mL/L。第二次加注修復材料時，當汽車發動機氣缸第一次添加金屬磨損自修復材料后運行距離處于400～600km時，則進行第二次添加金屬磨損自修復材料。添加金屬磨損自修復材料之后需要注意2個問題，一是，定期對油濾清器進行更換，防止油中的雜質進入氣缸降低氣缸修復效果；二是，確保添加的機油量足夠，一旦機油泄露及時根據原比例完成補充。

如果汽車發動機的氣缸或活塞環的磨損嚴重，則進行金屬磨損自修復時，需要更換相應的部件如油封、研磨氣門，同時徹底的清潔活塞及活塞環，在氣缸的內壁表面直接涂抹金屬磨損自修復材料，在發動機工作過程中，材料填補摩擦副的缺陷，完成修復。

3.2 基于金屬磨損自修復技術的拉缸故障的維修

汽車拉缸故障的主要表現為發動機不能正常工作熄火、發動機噪聲異常、排氣管冒煙嚴重、潤滑油上竄到氣缸內引起燒機油。汽車發動機出現拉缸故障時，主要因素時由于發動機在長時間行駛過程中，由于水量不足造成發動機過熱，修復時，第一步，先更換活塞環；第二步，采用細砂紙徹底清理氣缸表面，保持氣缸表面干凈；第三步，活塞調至下止點之后，在氣缸表面涂抹金屬自修復材料，之后根據實際的需求氣缸中多次添加修復材料，重復啟動發動機。如果汽車發動機屬于新機或者經過大修之后的機器，則一定要使用質量滿足規范要求的潤滑油，根按照規程進行磨合操作，磨合操作完成之后才能正式投入負荷運轉。

4 結語

金屬磨損自修復技術在汽車發動機中的維修中的應用無需拆卸發動機設備，可以利用金屬磨損自修復材料中的天然晶體顆粒在摩擦熱能的作用下發生化學反應，從而在零件表面形成保護膜，提高發動機零件的耐磨性，修復已經磨損的零件。金屬磨損自修復技術是一種新型的裝備維修保養技術，值得推廣應用。