汽車內(nèi)燃機活塞的表面防護與耐磨性能探析

李緒德

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

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)燃機;活塞;表面防護;耐磨性能

0 引言

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

1 汽車內(nèi)燃機活塞結(jié)構(gòu)分析

汽車內(nèi)燃機的活塞一般是由三個部分組成的，分別包括活塞頭部、活塞裙部和活塞銷座?；钊麖恼w外觀上來看是這三個部分組成的圓柱體。活塞的設(shè)計考慮到實際使用的環(huán)境與要求具有較大的靈活性，會根據(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比較復(fù)雜的形狀：環(huán)槽。一般來說內(nèi)燃機活塞的頂端設(shè)計采用的大多是平頂設(shè)計或者使用與平頂設(shè)計相似的設(shè)計方案，這一的設(shè)計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出現(xiàn)許多問題，比如頭部受損出現(xiàn)凹槽。這一問題會可能會帶來漏氣甚至是雜質(zhì)進入到燃燒室等現(xiàn)象，從而降低內(nèi)燃機的使用壽命。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，對整個活塞起到導(dǎo)向作用。當活塞在正常運行時需要進行往復(fù)運動，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)燃機活塞的表面防護與耐磨性能分析

提高汽車內(nèi)燃機活塞的表面防護與耐磨性能一直以來都是國內(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，就通過對名鋁合金的化學(xué)元素進行改造的方式來達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)燃機活塞時可以試著使用液態(tài)鋁合金壓鑄、擠壓這類方法。但是經(jīng)過大量的實驗在之后還是因為熔液壓模過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展。

2.1 汽車內(nèi)燃機活塞復(fù)合材料選擇

想要提高汽車內(nèi)燃機活塞的表面防護與耐磨性能，除了借助高科技手段來實現(xiàn)之外，還要注重一些最基本的原則。比如對于活塞外層表面的復(fù)合材料的選擇與使用。內(nèi)燃機活塞使用的復(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)燃機活塞外表層形成。內(nèi)燃機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)燃機的活塞在高溫的環(huán)境下能保持良好的機械性能以及導(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)燃機熱應(yīng)力變化在一定的幅度之內(nèi)，在選擇內(nèi)燃機活塞復(fù)合材料時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)合材料達到的效果不同，要根據(jù)實際需要的效果以及汽車整體的性能設(shè)計來選擇內(nèi)燃機活塞的復(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度，同時還能提高活塞的耐高溫性。總的來說，汽車內(nèi)燃機活塞復(fù)合材料的選擇直接關(guān)系著內(nèi)燃機的整體性能所以要綜合多方面的因素進行考慮。

2.2 汽車內(nèi)燃機活塞的表面防護處理方法

通過對汽車內(nèi)燃機活塞的表面進行防護處理也能很大程度上提升活塞的表面防護與耐磨性能。使用等離子 Ti+N 共滲的方法來提高汽車內(nèi)燃機活塞性能，具有很大的實際效用。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)燃機的使用性能。

3 結(jié)束語

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

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