谈汽油机和柴油机活塞环的技术现状及发展趋势

来源：本站整理作者：佚名 2012-11-12 10:21:49

二、工作表面的耐磨性

现代车用发动机所采用的喷油和燃烧策略,使第1道活塞环承受着明显提高的热负荷和机械负荷，因此通过以下方法提高活塞环工作表面的耐磨性是开发工作的重点。

1.电化学镀层

现在，标准硬铬镀层优先选择用作第2道环和刮油环的耐磨层。多年来，这种铬陶瓷(CKS)由于具有较高的热负荷承载能力和良好的耐磨性，因此在现代高强化柴油机上有广泛的应用。

为了满足更高的要求，美国Federal-Mogul公司开发了一种新的镀层方法。这种镀层是在硬铬基体上由特殊的基质组织形成的极细微的裂纹网格，并在其中牢固地固定着密集的极小的金刚石微粒(见图6)，这种铬金刚石镀层命名为GDC，它是市场上众多镀层中自身磨损最低的一种涂层。这种GDC镀层能形成尖锐的环下工作棱边，在具有高热负荷承载能力和耐磨性的同时，成为降低机油耗和曲轴箱通风的重要措施，并以其有利的综合性能为未来新一代高强化发动机提供了一种创新技术。由于这种电化学镀层方法具有相对较高的析出率，因此在工艺方法上具有很大的吸引力。

在电化学镀层方面，主要的发展方向是针对新材料组合和表面金相组织，进一步提高铬基体镀层的热负荷承载能力，同时在磨损和机械效率方面又不能出现重大的缺陷。

2. 热喷镀

多年来，在车用发动机上，热喷镀主要用于压缩环，特别是等离子喷镀中陶瓷喷镀占了很大份额。应用陶瓷喷镀非常有利于减少因活塞环和汽缸壁之间增加的粘连磨损而引起的烧损痕迹，但它并不适合进一步改善耐磨性的硬质合金类组织的析出。为此，开发了高速火焰喷镀(HVOF)技术，它能将超声波火焰中的粉末状CrC、WC材料和金属状Ni-Cr-Mo合金植入并烧结在活塞环工作表面，这是在大约3000℃的温度下进行的喷镀，这样在镀层(见图7)的内部压应力下，形成埋入Ni-Cr-Mo基体中的亚微观碳化物。这种镀层具有多孔性、最高的附着强度和750～1000HV硬度。除了陶瓷镀层组织具有改善抗粘连烧损性能外，德国Federal-Mogul公司以MK-Jet商标使用的HVOF镀层也具有出众的耐磨性，其磨损率要比等离子喷镀降低30%～40%。

3. 氮化层

高铬合金马氏体钢上形成的氮化层，由于边缘区域的硬度明显提高，以及随之而来的特殊氮析出物，使活塞环-汽缸套摩擦副的磨损大大降低。特别是氮化工艺过程的发展，使得有针对性地控制氮化层的形成成为可能，这对氮化层应用的发展具有决定性的意义。图8示出了汽油机实际应用的典型氮化层显微组织的照片。