汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面防護(hù)與耐磨性能

姚遠(yuǎn)

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 472000)

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)手段：對汽車內(nèi)燃機(jī)活塞的表面采用等離子Ti+N共滲透法進(jìn)行防護(hù)處理。

實(shí)驗(yàn)方法：第一步，對基材進(jìn)行雙輝等離子滲透Ti，接著通過對其進(jìn)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(jìn)行的；第二步，利用掃描電子顯微鏡實(shí)現(xiàn)表面防護(hù)層形貌以及界面組織的分析，同時還需要測量微區(qū)成分；第三步，利用X'Pert PRO X射線衍射儀，實(shí)現(xiàn)對其的物相結(jié)構(gòu)分析，采用往復(fù)磨損試驗(yàn)器進(jìn)行溫室摩擦實(shí)驗(yàn)，采用激光共聚焦顯微鏡以測量表面磨損情況的數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

汽車內(nèi)燃機(jī)活塞表面經(jīng)過Ti與Ti+N共滲后，對表面進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)。

基材表面經(jīng)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(jié)合良好且組織均勻。通過對表面合金層相鄰的區(qū)域進(jìn)行化學(xué)成分分析后發(fā)現(xiàn)，Cu元素的含量越高，與表面距離則越遠(yuǎn)；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(guān)系。N、B元素含量之間則相反，他們之間呈現(xiàn)出反比例關(guān)系。Ti元素總體上呈現(xiàn)出先增后降的趨勢。

BeCu是汽車內(nèi)燃機(jī)活塞基材的主要成分，而當(dāng)其經(jīng)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(jīng)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(chǎn)生重要的影響[1]。

在載荷為10 N，摩擦?xí)r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(nèi)燃機(jī)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(xiàn)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(xiàn)出黏著磨損的特性。

在相同條件下，內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)活塞基材相比，其磨痕寬度與深度都比較低。

如表1所示，內(nèi)燃機(jī)基材磨損率遠(yuǎn)大于共滲層，內(nèi)燃機(jī)活塞的磨損性能在經(jīng)過等離子處理后有了一定程度的提升，這是因?yàn)榛谋砻娴墓矟B層經(jīng)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(qiáng)。

表1 基材與表面與工滲層磨損體積的統(tǒng)計結(jié)果

3 結(jié)束語

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

【參考文獻(xiàn)】

[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(shù)藝2015,36(7):1706-1710.