能源与动力工程论文第三篇：简述如何提高内燃机活塞表面防护以及耐磨能力
摘要：从21世纪以来,我国在各个领域上都取得较大的成就,汽车行业也因此得到快速发展,在不断提升制造技术的基础上成本也在不断降低,汽车销售价格下降,这样的条件下,促使更多人们采购汽车。就目前而言,人们对汽车的性能要求越来越高,更加重视汽车内燃机使用性能。而活塞是内燃机中一个重要的部件,一般会承载机械热负荷和负荷,具有十分复杂的工作环境,为此要想有效提升汽车使用年限,提升活塞工作性能是很有必要的。本文将对活塞表面耐磨损和防护进行分析,主要研究其特征和产生的影响以及优化实验,仅供参考。
关键词：汽车内燃机; 活塞; 表面防护; 耐磨性能;
Research on Surface Protection and Wear Resistance of Automobile Internal Combustion Engine Pistons
SUN Yan ZHANG Er-yong
Jiangsu Lianyungang Higher Vocational Technical School of Industry and Trade Lianyungang Innovation Storage and Transportation Equipment Manufacturing Co.,Ltd.
Abstract：Since the 21st century, my country has made great achievements in various fields, and the automobile industry has also developed rapidly. On the basis of continuous improvement of manufacturing technology, costs have also been continuously reduced, and automobile sales prices have fallen. Under such conditions, To encourage more people to buy cars. At present, people have higher and higher requirements for the performance of automobiles, and pay more attention to the performance of automobile internal combustion engines. The piston is an important part of the internal combustion engine, which generally bears mechanical thermal load and load, and has a very complicated working environment. Therefore, in order to effectively improve the service life of the car, it is necessary to improve the working performance of the piston. This article will analyze the wear resistance and protection of the piston surface, mainly study its characteristics and effects, as well as optimization experiments, for reference only.
0 引言
在发动机性能持续提高的情况下，汽车内燃机使用范围也越来越大。在汽车内燃机使用的过程中，磨损是主要影响其使用寿命的因素。若是内燃机部件出现了磨损的问题，不仅会影响其正常使用功能，同时对汽车整体稳定性和安全性也具有较大影响。在汽车使用中活塞是产生磨损量最大的一个部件，产生这种问题主要是由于内燃机中活塞出现了一定的磨损，运行中导致内燃机中活塞一味地吸收热量，并且热量得不到及时散发，导致活塞热强度下降，从而引发活塞热裂问题，同时在这样的情况下，内燃机中拉缸部件影响也比较大，存在这破裂的隐患，为汽车使用带来巨大的安全风险。
1 内燃机活塞特征
一般情况下汽车内燃机活塞主要由三部分内容组成，活塞头部、活塞群部、活塞销座，汽车发动机在正常情况下开始工作时，一般都会根据发动机工作环境和要求，内燃机活塞也呈现出不同的配置。各个内燃机活塞头之间的区别一般有两个部分，一部分是内燃机活塞的顶部区别，设计师在进行设计时一般采用平顶或者与之相似的平顶设计，这种活塞能够适应多种内燃机的苛刻环境。另外，在使用过程中，采用平顶设计能够降低与高温气体活塞接触面积，并且产生的作用力在活塞平顶部位可以均匀分布。另一部分，类似平顶设计的活塞形状上比较复杂，属于一种环槽，主要是因为需要在环槽上面安装活塞环，这样设计的目的在于促使燃烧室中的混合气体能够转换成所需要的气体，这样的环境中有利于提高燃烧室内燃烧率，同时也能够有效的降低发生爆破的几率。例如，活塞在使用中头部经常会出现在凹槽，这样就会导致活塞漏气的情况，同时也会给其他物质渗入的机会，比如说机油则会顺着凹槽进入燃烧室，这样就会大大缩减燃烧室的使用寿命，导致内燃机使用性能减弱。因此，要想有效的提升活塞使用寿命，必然需要保证活塞在使用中的密封度，只有良好的密封性，才能够防止其他物质进入活塞，进而保证活塞的使用安全性和稳定性，可在环槽上增加活塞环来实现。
2 内燃机活塞选择的材料对汽车活塞产生的影响
活塞在内燃机内气缸中工作具有速度快、频率高等特点，同时具有润滑效果存在不良、接触压力变化较快的特征。内燃机的活塞制作材料如果是选择普通材料来完成，就会降低活塞使用时间，同时也会降低汽车正常使用性能，进而缩短汽车使用的寿命。然而就目前活塞制作材料而言，种类比较多，其中新型复合材料可以有效的解决上述问题，但是在汽车内燃机活塞制作中，多数汽车制造厂家选用复合材料，主要是因为复合材料具有较强的耐高温性、抗疲劳、抗断能力高、韧度高、弹性强、抗腐蚀及磨损性能强的特点。同样，活塞的不稳定性不断增加，汽车内燃现象就会不断缩小，这样的情况下，汽车活塞发生失效的可能性就会逐渐增加。对汽车内燃机活塞的制作来说，选择符合材料是再合适不过的了，因此深入研究汽车内燃机活塞性能与活塞选择的复合材料之间的关系具有重要意义。在活塞结构中，下端被称之为活塞裙部，这个部位具有导向的作用，导向作用也就是说活塞可以在正常运动的过程中依然可以保持垂直状态，正是具有这个导向作用，对活塞裙部制作要求比较高。再加上现如今，随着汽车行业的普及，人们对汽车的要求也在不断提升，在人们需求越来越高的情况下，设计师对发动机结构平稳运行更加重视，因此，通过改变活塞裙部形状来优化发动机结构也是值得十分关注的一个问题。此外，在汽车内燃机活塞裙部位置上方具有一个活塞销座，这个销座在整个活塞结构中具有十分重要的作用，这个活塞销座具有支撑作用，可以将活塞销和连杆连接部位支撑起来。
3 简述如何提高内燃机活塞表面防护以及耐磨能力
随着社会发展，国民经济不断提升，几乎每一个家庭具有一辆小汽车作为代步工具，小汽车为人们的出行带来巨大的便利，同时也为人们带来一定为危险。在小汽车中内燃机是一个重要的结构，而影响内燃机性能的一个主要部件就是活塞，活塞部件对内燃机正常运作起到重要作用。因此，汽车制造商在制作汽车部件时，不断引进、借鉴发达国家先进科学技术，我国针对内燃机活塞表面防护和耐磨性方面不断提升研发力度，针对这一点，科学家们持续创新采用铝合金来作为活塞制作材料，同时降低重力浇铸环节中存在的缺陷，这种方式对汽车内燃机活塞性能确实具有提升的作用，然而，科学家的目标是通过改变活塞基体组织的方式来提升其性能，上述内容距离科学家研究目标人有一段距离。
现阶段汽车内燃机活塞主要存在的现状有强度问题、导热性能问题、磨损问题，针对这些问题各个国家的学者、科学家、专家、技术人员等都研究同一个理念，那就是利用液态铝合金作为材料，通过压铸和挤压的方式来制作内燃机活赛，以此提升的内燃机活塞磨损、强度、导热性能等性能。通过文献可知，压铸和挤压这种生产工艺制作出的铝合金零件厚度只能是在3-16mm之间，每个零件断面制作厚度一般在16mm以下，比值都是在2.5倍以下。内燃机中铝活塞每个部位为了能够适应各种不同的内燃机型，其厚度通常在16mm以下，铝活塞中具有三个比较重要的部位，其断面厚度也是在2.5倍之上，由于液态铝合金在压模工艺中冷却时间比较快，促使活塞中三个重要部位厚度不一致，进而导致活塞在挤压和压铸环节中存在着一点气孔，并且更大。就目前而言，这种实验成果还需要跟进一步研发，针对活塞表面耐磨功效和防护并没有较高的改善和优化。汽车内燃机的使用范围越来越广泛，充分体验出了内燃机具有的很多优势，内燃机在实际使用中，经常出现相关零部件失去功效的情况，产生这种问题主要是因为内燃机活塞长时间磨损导致的，对内燃机产生的影响比较大。在此基础上，要想不断创新，将离子Ti+N进行渗透，经过大量实验可知Ti-N共渗层有较高的磨损性能，可以有效的提升汽车内燃机活塞耐磨性，下面将对Ti+N共渗实验方式和实验过程进行详细分析。
3.1 等离子Ti+N实验方法和实验选择的材料
本次试验主要目标是为了提升内燃机中活塞部件表面耐磨性以及防护处理，选用等离子Ti+N共渗方式进行实验。实验方法主要有以下三个步骤：第一，选用渗金金属炉，在同一个炉子中将基本材料和Ti离子进行充分的渗透，在处理完Ti离子渗透工序以后进行Ti和N离子共渗的处理工艺，这两个制作环节得到实现，主要是利用双辉等离子渗透方法得以完成。第二，充分运用现代扫描仪科学设备，对Ti+N共渗材料进行扫描，实施全面性的分析研究，采集相关测算数据，找到存在区别的成分。第三，运用X射线设备，根据物理成像结果进行深入分析，对经过处理以后的Ti+N共渗材料在使用过程中连续观察，主要观察这种材料制作的活塞在内燃机正常运动下，活塞表明磨损情况，并做好观察记录。
3.2 深入分析上述实验结果及数据
通过上述实验可知，经过处理的Ti与Ti+N共渗材料制作出来的内燃机活塞与未经过处理制作出来的活塞相多比，经过前者制作的活塞表面明显没有气孔，但是存在着一些泡状现状，经过精准测量可以得到在汽车内燃机活塞表面材质上具有厚度为14μm的合金材质，并且这个合金层分布较为均匀，能够完全适应内燃机活塞制作需求，通过对表面合金层相邻的区域进行化学方法及物理方法分析，可以得到的结论是，相邻区域中Cu元素的含量和距表面远近成正比，目前还没有二者之间的比例关系式，仍需要进行跟深入的实验计算出来。与表面距离成反比的元素是N、B两种元素，Ti元素的含量则是根据表面距离加大，呈现出先增加后减少现状。
汽车内燃机中活塞部件主要组成元素就是BeCu，这两种元素经过Ti+N共渗工艺加工以后，在活塞表面上就形成了一种的Ti+N和BeCu相混合的物质，也就是说经过等离子共渗工艺处理以后内燃机活塞表面材质是由TiN合金层组成的，在活塞表面上存在的这种合金层起到的耐磨和防护的作用。这种活塞只有在磨损达到355μm直径的时候，才会出现磨损屑，并且在活塞部分表面上能够看到相应磨损特性，在同样的条件下，TiN合金层与传统活塞使用的材质在磨痕方面上具有较高的优势，其磨痕无论是深度还是宽度都比较低。通过对内燃机活塞表面的观察，经过Ti和Ti+N共渗工艺处理以后表面耐磨性能更高，由此可知能够有效提高活塞表面耐磨性和防护能力主要是通过Ti和Ti+N共渗工艺形成一层合金层，在这种合金层即使经过大量的摩擦也不会脱漏，产生的磨痕也是比较光滑平整，进而提升活塞表面功能，促使活塞使用寿命得以延长。
4 结论
综上所述，汽车在使用的过程中内燃机具有重要的作用，并且在内燃机活塞的作用也比较大，活塞的耐磨性和表面防护对于内燃机使用寿命起到关键性作用。这两点内容也是设计师需要重点考虑的问题，有效的提升活塞耐磨性可以降低相应阻力，可以从整体上提升汽车使用性能，并且也具有降低噪音的效果，这也是活塞在市场中能够站稳脚步的因素。因此还需要加大内燃机的研发力度，促使内燃机和活塞之间能够完美适应，将功效充分发挥出来，让人们在使用过程中更具有稳定性和安全性。若是在此基础上促使活塞功能更加良好，能够充分满足汽车的需求，那么这将是汽车行业的一次创新发展。
参考文献
[1] 王浩权.汽车内燃机活塞表面防护及耐磨性能分析[J].设备管理与维修,2019(04):163-165.
[2] 李展望.汽车内燃机活塞的表面防护与耐磨性能[J].内燃机与配件,2019(03):35-36.
[3] 褚福利.探究汽车内燃机活塞的表面防护与耐磨性能[J].中国战略新兴产业,2018(36):225.
[4] 姚远.汽车内燃机活塞的表面防护与耐磨性能[J].汽车与驾驶维修(维修版),2018(04):150.
