发动机活塞顶部陶瓷组织和耐烧蚀性研究.pdf

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1、8内燃机与配件2016年第6期发动机活塞顶部陶瓷组织和耐烧蚀性研究StudyonStructureandAblationResistanceofCeramicCoatingontheTopofEnginePiston颜君衡(曲阜金皇活塞股份有限公司)[摘要]为提高新开发的天然气发动机活塞的使用性能，改善活塞顶部出现的烧蚀等问题，对天然气发动机活塞顶部进行了硬氧处理和镀陶处理。通过SEM和XRD分别研究了其组织和物相的变化，并进行了活塞顶部陶瓷耐烧蚀性能和热冲击性能试验研究。结果表明：镀陶处理膜层存在均匀分布的放电通道，通

2、道周围堆积有熔融的颗粒。主要物相为0【一A1203、^y—A1203、Si02和一定量的非晶相，以及莫来石(3A1203·2Si02)。抗热蚀性能测试显示，未表面处理的活塞在加热到630s时，活塞顶部测温点温度达到433℃，顶面出现熔融现象；顶部硬氧的活塞在加热到660s时，活塞顶部测温点温度达到4560C，顶面出现熔融现象；顶部陶瓷活塞在加热到1350s时，活塞顶部测温点温度达到500℃，顶面出现熔融现象。可见顶部陶瓷活塞耐热性显著优于项部硬氧活塞和未表面处理活塞。强化热冲击500次，陶瓷层未脱落，起皮，微弧氧化陶瓷层

3、耐热冲击性艮好。[关键词]天然气发动机活塞；陶瓷耐烧蚀试验；耐热冲击性试验Abstract：Inordertoimprovetheperformanceoftheenginepistoninnewnaturalgasautomobile，andotherissues，suchaserosion，appearonthetopofpiston，anodicoxidationandPEOtreatmentwerecarriedonit．StructureandphasechangeswerestudiedbySEMandXRD

4、，andtheablationresist—anceandthermalshockresistanceoftheceramiccoatingonthetopofenginepistonwereinvestigated．TheresultshowedthatdischargechannelsdistributedevenlyinthePEOceramiccoating，andmoltenparticlessurroundedthem．Themainphasesoftheceramiccoatingare仅一A1203，1一

5、A1203，Si02，3A1203·2Si02andacertainmountofamorphous．Resultofablationresistancetestdisplayedthatwhenthetopofpistonappearedmeltingphenomenon，theuntreatedpistonwasheatedto433。Cin630s，thepistontreatedbyanodicoxidationwasheatedto456。Cin660s，whilethepistoncoveredbyPEOce

6、ramiccoatingwasheatedto500。Cin1350s．So，theheatresistanceofthepistontreatedbyPEOismuchbetterthanthepistontreatedbyanodicoxidationanduntreated．After500timesthermalshockresistancetests，theceramiccoatingwasnotfoundtofalloff，indicatingagoodthermalshockresistance．Keywo

7、rds：naturalgasenginepiston；ablationresistancetestofceramic；thermalshockresistancetest1引言活塞是发动机的关键零部件之一，它在高温、高压、摩擦等恶劣条件下工作，故障发生率较高‘1，2

8、。目前随着国家对环保要求的提高，发动机主机厂为满足欧Ⅳ、欧V排放标准，集结多领域技术对发动机不断进行优化设计，其中对活塞提出了颜君衡：发动机活塞顶部陶瓷组织和耐烧蚀性研究9更苛刻的要求旧j。新开发的天然气汽车发动机对活塞要求十分严格，前期开发使用过程中，活塞

9、出现顶部烧蚀等现象口J。针对这一实际，对活塞顶部进行镀陶处理，处理后经过发动机厂家装机试验及路试，未出现上述缺陷，并且性能有所提高。本文对发动机活塞顶部陶瓷的耐烧蚀性进行了相关试验，并取得了重大突破。镀陶处理是一种新型活塞表面抗烧蚀技术，可显著提高喉口等容易烧蚀部位的抗烧蚀性，陶瓷层在铝基体上生长，与基体结合厚度可达