金属磨损自修复技术在汽车发动机维修中的应用

田 萌 杨慧荣

（河南工业贸易职业学院，河南 郑州450000）

1 汽车发动机磨损机理

在汽车发动机工作状态下，气缸内的活塞处于高速往复式运转状态，气缸产生磨损，且磨损量因活塞在气缸内所处位置的不同而有一定的差异。一般来说，当气缸磨损最为严重时，气缸内活塞处于上止点8.0°～12.0°曲轴转角位置。在这种磨损作用下，气缸成为“锥形”。除此以外，由于气缸侧面冷却效率在运行下处于较高状态，气缸内活塞所对应的侧向压力也相对较高［1］。因此，气缸壁内的横向磨损程度明显高于纵向磨损程度，造成发动机气缸出现“失圆”的问题。

2 金属磨损自修复技术原理

在超精研磨过程中，微凸体断裂时产生较高的瞬间闪温，使微粒晶体中镁原子与摩擦表面的铁原子发生置换反应，促使抗磨修复材料在催化剂、活化剂作用下发生微烧结、微冶金过程，从而在铁基金属摩擦表面生成铁基硅酸盐保护层。所形成的铁基硅酸盐保护层具有一定的选择性，仅在存在相互摩擦的机械零件金属摩擦表面生成。同时，在机械零件不断发生磨损的情况下，产生闪温的可能性越来越大，磨损过程当中所释放的热能恰好能够支持自修复材料的化学置换反应。在这一过程当中，修复部位除解决了磨损问题，还有效提高了表面光洁度。由于光洁度提高，摩擦因素降低，摩擦反应中所产生的热能下降，无法达到修复材料反应所需要的高温，化学置换反应也就自动停止，并不会持续反应导致修复层厚度不断增加［2］。

3 应用金属磨损自修复技术维修发动机

3.1第一种情况：汽车发动机气缸处于极限磨损范围以内，活塞环有磨损但并非特别严重，即处理后可继续使用。符合以上情况时，不需要解体发动机，利用金属磨损自修复技术进行维修的操作步骤如下。

①自汽车发动机气缸顶部火花塞孔以及喷油器（或柴油发动机）孔，将修复材料注入气缸内，本环节中需要注意避免将修复材料注入活塞顶部。材料成功注入气缸内后，操作供油系统使之处于关闭状态，启动马达，每次启动时间在5.0s左右，间隔10.0s重复启动，视情况共反复启动3～4次。启动马达的目的是：使所注入的修复材料粒子在气缸内机油飞溅或强制润滑的影响下传输至摩擦表面，然后利用活塞工作受力不均匀的特点，完成对气缸套磨损问题的修复工作。

②将修复材料加入机油当中也是进行发动机维修的重要环节之一。在维修中，当第一次向气缸内加入自修复材料时，所加入自修复材料的量必须根据发动机润滑油定量以及压缩比进行合理设置。自修复材料浓缩液需要在与润滑油结合时发生稀释反应，稀释比例为1（自修复材料浓缩液）：4（润滑油），经过稀释处理后的混合液可直接通过机油添加口注入发动机油底壳内。根据实际情况的不同，混合液的加注量也有一定的控制标准：若实际压缩比为90%×标准值，则混合液加入量可控制在40.0～50.0ml范围内（每升润滑油加入量）；若实际压缩比为80%×标准值，则混合液加入量可控制在40.0～50.0ml这一取值标准基础之上提高1.2～1.4倍（每升润滑油加入量）；若实际压缩比为70%×标准值，则混合液加入量可控制在40.0～50.0ml这一取值标准基础之上提高1.6～1.8倍（每升润滑油加入量）。第一次自修复材料加入后，车辆可正常投入运行，当行驶公里数达到400.0～600.0km时，需要进行第二次自修复材料的注入工作。注入混合液的配置方法以及加入剂量均与第一次操作完全一致。但需要注意的是：若经过第一次自修复材料注入，汽车发动机压缩比已经恢复至标准值状态，则在第二次自修复材料的加注中，加注量需要在第一次加注量基础之上下降1/3～1/2比例。本环节中，还需要对机油滤清器进行更换。混合液注入完成后，对车辆发动机压缩比以及尾气排放情况进行动态观察。

③在自修复材料处理期间，汽车正常运行状态下应当确保发动机机油无泄漏问题。若观察到存在泄漏问题，需要按照原比例重新加入自修复材料。

3.2第二种情况：汽车发动机气缸以及活塞环均严重损坏，确定已经无法继续投入使用。符合以上情况时，利用金属磨损自修复技术进行维修的操作步骤如下。

①对发生损坏的活塞环、研磨气门进行拆卸，同时更换发动机气门油封部件，增设气缸套，并对当前活塞环内存在的积碳进行彻底清除。

②将新活塞以及活塞环按照设计标准装配至气缸内。

③使活塞至下止点，将自修复材料均匀涂抹在发动机汽缸壁表面。

④装配气缸盖总成。

⑤按照第一种情况中的①～②操作步骤进行维修。

3.3第三种情况：汽车发动机运行过程当中水箱处于持续缺水状态，发动机散热效果下降，最终表现为拉缸故障。针对符合此情况的发动机故障，利用金属磨损修复技术进行维修的操作步骤如下。

①对发生损坏的活塞环、研磨气门进行拆卸，同时更换发动机气门油封部件，增设气缸套，并对当前活塞环内存在的积碳进行彻底清除。

②使用细砂纸将发动机气缸内壁上所附着的杂物清理掉，同时对内气缸壁表面进行清洁处理。

③使活塞至下止点，将自修复材料均匀涂抹在发动机汽缸壁表面。

④装配气缸盖总成。

⑤按照第一种情况中的①～②操作步骤进行维修。

4 结语

金属磨损自修复技术在当前汽车发动机维修工作中得到了非常广泛的应用。相较于一般意义上的维修技术，金属磨损自修复技术的优势是：在对汽车发动机磨损问题进行处理时，不需要拆卸发动机，可利用天然晶体颗粒在摩擦热因素影响下发生的化学置换反应，在发生摩擦磨损的发动机金属表面生成具有硅酸铁盐金属属性的陶瓷层，提高磨损区域的耐磨性以及光洁度，达到满意的修复效果［3］。实践证实：通过应用金属磨损自修复技术，能够在短时间内使汽车发动机磨损部位的机械零件恢复正常尺寸状态，对延长相关零部件乃至整个发动机使用寿命，提高其可靠性水平意义重大，因此值得展开进一步的研究探讨。

［1］史佩京，许一，刘谦，等.纳米复合自修复添加剂的制备及其在发动机上的应用［J］.中国表面工程，2004，17（2）：37-40.

［2］任彦.我国磨损自修复材料的研究进展［J］.新材料产业，2013（12）：55-58.

［3］刘家浚，郭凤炜.一种摩擦表面自修复技术的应用效果及分析［J］.中国表面工程，2004，17（3）：42-45，47.