表面工程技术在发动机修复与强化中的应用
浏览： 来源：汽车科技 发布：36学车 日期：2007-09-26
摘要：简述了发动机零部件的主要失效形式和损坏特点 ，针对如何提高发动机零部件表面的耐磨性能 、抗腐蚀性 、耐疲劳性 ，介绍了多种常用的表面工程技术 。
关键词：表面工程发动机修复
前言
发动机是工农业生产中的主要动力机械之一 ，在船舶 、汽车 、飞机 、工程建筑机械等各方面获得了广泛的应用 。随着工业的发展 ，对发动机的要求也越来越高 。由于高负荷 、高参数 ，发动机的工况条件更加苛刻 ，引起发动机机件的损伤和失效 ，从而影响发动机的可靠运行 。
发动机损伤和故障的表现形式是多种多样的 ，主要表现在以下几个方面：
（1）磨损 。磨损是限制发动机及其零部件使用寿命的一个主要因素 ，它取决于缸套 、活塞 、曲轴 、轴承等机件的磨损程度 。
（2）摩擦副的擦伤 、拉缸等会酿成重大事故 ，从而产生恶劣后果 。
（3）发动机结构强度方面引起的损坏也是影响发动机可靠性和耐久性的重要因素 。例如曲轴折断 、连杆折断 、活塞断裂 、缸套断裂 、活塞烧裂 、缸盖裂纹 、机架断裂 、轴瓦烧坏 、轴颈拉毛 、传动齿轮损坏等 。这些结构强度上的损坏是一种以疲劳破坏为特征的损坏 。
（4）发动机的个别零部件还会出现穴蚀 、烧蚀等损伤[2] 。
综上所述 ，发动机零部件的损伤大致可归纳为两种情况：一是由于体积负荷引起的机械应力而造成零件的裂纹 、断裂和不允许的变形等损伤；另一是表面受到机械或化学的作用 、引起磨损 、腐蚀 、烧蚀等损伤 。
1发动机零部件损坏的形式和特点
发动机中由于磨损产生的故障在各种故障中占有很大比重 。由于润滑不良 ，配对材料欠佳 ，制造和装配质量差 ，使用条件的恶化 ，灰尘和温度的影响 ，以及交变负荷的作用 ，都会促使磨损的四种主要形式：磨粒磨损 、粘着磨损 、腐蚀磨损和表面疲劳磨损[3]在发动机一些主要零件工作过程中有不同程度的出现 。
1.1气缸套 、活塞 、活塞环组的损伤
气缸套 、活塞 、活塞环组是发动机的心脏部分 ，也是工作条件极为恶劣的部位 。归纳起来 ，气缸套 、活塞 、活塞环组的损伤形式有磨损 、腐蚀 、穴蚀 、裂纹 、烧蚀等 。
（1）气缸套的损伤
缸套的磨损率决定发动机的大修间隔期限 ，通常缸套最大允许磨损量为内径的0.4%~0.8% 。缸套的表面质量 、燃油的质量 、润滑油的质量 、冷却水温度和工作条件等因素都会对缸套的磨损产生很大的影响[6] ，导致缸套出现磨损 、拉缸和穴蚀等损伤 ，从而引起发动机转速不稳 、振动加剧 、出现噪音 、冒白烟或冒黑烟等状况的发生 。
（2）活塞的损伤
活塞工作条件恶劣 ，尤其顶部是受机械负荷与热负荷最严重的部位 。其主要损伤形式有裂纹 、断裂 、烧蚀和腐蚀等 。
（3）活塞环的损伤
活塞环的磨损率决定了发动机检修周期的长短 ，它在高温高压燃气环境里承受弯曲 、冲击及磨损 ，易发生折断和过度磨损 ，从而使密封性能下降 ，进一步恶化了发动机性能
下面重点介绍几种常用的表面工程技术 。
2.1热喷涂
热喷涂法不仅能使零件具有耐磨 、耐蚀 、耐氧化 、耐高温 、隔热等不同功能 ，而且能使它具有复合性能 ，即能保护零件 ，又能修复零件 。目前 ，在发动机中 ，主要用于曲轴 、活塞顶部 、活塞环 、气缸套 、排气门 、阀座 、凸轮 、齿轮等零件的表面处理和修复[6] ，表1给出了采用热喷涂修复发动机缸体及更换新件的经济效益对比 ，由表可见 ，热喷涂3Cr13材料修复仅需花费新件成本的4.2% 。
在发动机中 ，用于提高零件表面耐磨性的喷涂材料主要有下列几种：
1）钼 。钼作为喷涂材料 ，其纯度需在99.95%以上 。钼主要作为活塞环的喷层 ，它可以得到具有氧化物层的层状钼层和大约10%~15%的孔隙率 ，其喷涂层厚度一般为0.25mm ，具有良好的储油性能 。钼层熔点高（约为2620℃） 、摩擦系数低 、硬度高（HV1070左右） 。因此耐磨性好 ，一般用在第一道活塞环处 。
关键词：表面工程发动机修复
前言
发动机是工农业生产中的主要动力机械之一 ，在船舶 、汽车 、飞机 、工程建筑机械等各方面获得了广泛的应用 。随着工业的发展 ，对发动机的要求也越来越高 。由于高负荷 、高参数 ，发动机的工况条件更加苛刻 ，引起发动机机件的损伤和失效 ，从而影响发动机的可靠运行 。
发动机损伤和故障的表现形式是多种多样的 ，主要表现在以下几个方面：
（1）磨损 。磨损是限制发动机及其零部件使用寿命的一个主要因素 ，它取决于缸套 、活塞 、曲轴 、轴承等机件的磨损程度 。
（2）摩擦副的擦伤 、拉缸等会酿成重大事故 ，从而产生恶劣后果 。
（3）发动机结构强度方面引起的损坏也是影响发动机可靠性和耐久性的重要因素 。例如曲轴折断 、连杆折断 、活塞断裂 、缸套断裂 、活塞烧裂 、缸盖裂纹 、机架断裂 、轴瓦烧坏 、轴颈拉毛 、传动齿轮损坏等 。这些结构强度上的损坏是一种以疲劳破坏为特征的损坏 。
（4）发动机的个别零部件还会出现穴蚀 、烧蚀等损伤[2] 。
综上所述 ，发动机零部件的损伤大致可归纳为两种情况：一是由于体积负荷引起的机械应力而造成零件的裂纹 、断裂和不允许的变形等损伤；另一是表面受到机械或化学的作用 、引起磨损 、腐蚀 、烧蚀等损伤 。
1发动机零部件损坏的形式和特点
发动机中由于磨损产生的故障在各种故障中占有很大比重 。由于润滑不良 ，配对材料欠佳 ，制造和装配质量差 ，使用条件的恶化 ，灰尘和温度的影响 ，以及交变负荷的作用 ，都会促使磨损的四种主要形式：磨粒磨损 、粘着磨损 、腐蚀磨损和表面疲劳磨损[3]在发动机一些主要零件工作过程中有不同程度的出现 。
1.1气缸套 、活塞 、活塞环组的损伤
气缸套 、活塞 、活塞环组是发动机的心脏部分 ，也是工作条件极为恶劣的部位 。归纳起来 ，气缸套 、活塞 、活塞环组的损伤形式有磨损 、腐蚀 、穴蚀 、裂纹 、烧蚀等 。
（1）气缸套的损伤
缸套的磨损率决定发动机的大修间隔期限 ，通常缸套最大允许磨损量为内径的0.4%~0.8% 。缸套的表面质量 、燃油的质量 、润滑油的质量 、冷却水温度和工作条件等因素都会对缸套的磨损产生很大的影响[6] ，导致缸套出现磨损 、拉缸和穴蚀等损伤 ，从而引起发动机转速不稳 、振动加剧 、出现噪音 、冒白烟或冒黑烟等状况的发生 。
（2）活塞的损伤
活塞工作条件恶劣 ，尤其顶部是受机械负荷与热负荷最严重的部位 。其主要损伤形式有裂纹 、断裂 、烧蚀和腐蚀等 。
（3）活塞环的损伤
活塞环的磨损率决定了发动机检修周期的长短 ，它在高温高压燃气环境里承受弯曲 、冲击及磨损 ，易发生折断和过度磨损 ，从而使密封性能下降 ，进一步恶化了发动机性能
下面重点介绍几种常用的表面工程技术 。
2.1热喷涂
热喷涂法不仅能使零件具有耐磨 、耐蚀 、耐氧化 、耐高温 、隔热等不同功能 ，而且能使它具有复合性能 ，即能保护零件 ，又能修复零件 。目前 ，在发动机中 ，主要用于曲轴 、活塞顶部 、活塞环 、气缸套 、排气门 、阀座 、凸轮 、齿轮等零件的表面处理和修复[6] ，表1给出了采用热喷涂修复发动机缸体及更换新件的经济效益对比 ，由表可见 ，热喷涂3Cr13材料修复仅需花费新件成本的4.2% 。
在发动机中 ，用于提高零件表面耐磨性的喷涂材料主要有下列几种：
1）钼 。钼作为喷涂材料 ，其纯度需在99.95%以上 。钼主要作为活塞环的喷层 ，它可以得到具有氧化物层的层状钼层和大约10%~15%的孔隙率 ，其喷涂层厚度一般为0.25mm ，具有良好的储油性能 。钼层熔点高（约为2620℃） 、摩擦系数低 、硬度高（HV1070左右） 。因此耐磨性好 ，一般用在第一道活塞环处 。
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