失效汽車零件的修復(fù)試驗(yàn)研究

艾 鋒

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車系，山東 德州253034）

0 前言

機(jī)械零件失效在所難免，汽車零件也不例外。修復(fù)處理不僅能恢復(fù)失效汽車零件的尺寸精度，還能改善其表面性能，因而受到青睞［1-4］。

本文以失效的汽車缸套為例，采用鍍覆微粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合鍍層的方法對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，并開展相關(guān)測(cè)試分析。

1 試驗(yàn)

由于汽車缸套的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以選取其局部截段作為試件。結(jié)合實(shí)際情況，依照如下工藝流程對(duì)試件進(jìn)行預(yù)處理：機(jī)械打磨→有機(jī)溶劑浸洗→酸洗活化→沖洗干燥。

修復(fù)試驗(yàn)在自制裝置中進(jìn)行。以氨基磺酸鹽型鍍鎳液為基礎(chǔ)鍍液，其配方為：氨基磺酸鎳500 g／L，氯化鎳15g／L，硼酸40g／L，氯化鈉10g／L。試驗(yàn)過(guò)程中，鍍液溫度和加載的電流密度均保持恒定，分別為2A／dm2和50℃。

采用正交試驗(yàn)法和單因素分析法展開修復(fù)試驗(yàn)過(guò)程。正交試驗(yàn)法基于正交性原理和數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，挑選具有代表性的數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)因素水平，參見表1。單因素分析法則以磨損量為指標(biāo)，研究復(fù)合鍍層中微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微粒粒徑及復(fù)合鍍層厚度對(duì)磨損量的影響規(guī)律，并分析各自的影響機(jī)制。

表1 試驗(yàn)因素水平

2 結(jié)果與討論

依照表1 所列出的試驗(yàn)因素水平開展正交試驗(yàn)。極差分析結(jié)果顯示：各因素對(duì)磨損量的影響順序?yàn)閺?fù)合鍍層中微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹥微粒粒徑﹥復(fù)合鍍層厚度。

2.1 微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

圖1為復(fù)合鍍層中微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)汽車缸套磨損量的影響。由圖1可知：隨著復(fù)合鍍層中微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1.4%增至3.4%，磨損量由6.6 mg減至4.7mg。復(fù)合鍍層中微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，意味著摩擦過(guò)程中能夠起到承磨減摩作用的凸點(diǎn)數(shù)量越多，并且實(shí)際接觸面積越大［5］，摩擦載荷得以分減，磨損程度有效減輕。

圖1 微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)汽車缸套磨損量的影響

2.2 微粒粒徑的影響

圖2為微粒粒徑對(duì)汽車缸套磨損量的影響。由圖2可知：當(dāng)微粒粒徑為5μm 時(shí)，磨損量最低，約為5.2mg。微粒粒徑通過(guò)影響鍍層的承磨減摩能力，進(jìn)而影響汽車缸套的耐磨性。微粒大小適中，摩擦過(guò)程中能夠承受一定的摩擦載荷，減輕磨損程度。納米微粒很難形成有效的表面凸點(diǎn)，在承磨減摩方面發(fā)揮的作用不盡理想。微米微粒雖然形成的凸點(diǎn)較明顯并且能夠承受更大的摩擦載荷，但摩擦過(guò)程中附帶形成的較大摩擦作用力會(huì)導(dǎo)致部分微粒或因無(wú)法承受往復(fù)性的強(qiáng)摩擦擠壓而晃動(dòng)、脫落［6-7］。

圖2 微粒粒徑對(duì)汽車缸套磨損量的影響

2.3 復(fù)合鍍層厚度的影響

圖3 為復(fù)合鍍層厚度對(duì)汽車缸套磨損量的影響。由圖3可知：磨損量隨復(fù)合鍍層的增厚先降低后升高。由此推知，復(fù)合鍍層并非越厚越有助于發(fā)揮承磨減摩效果。較薄的復(fù)合鍍層因結(jié)構(gòu)疏松且結(jié)合不牢固，故磨損程度較嚴(yán)重［8］。隨著復(fù)合鍍層增厚，其結(jié)構(gòu)趨向致密，與基體的結(jié)合性能也有所改善，因而耐磨性理想。但與此同時(shí)也導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增大，削弱汽車缸套的耐磨性，致使磨損量升高。

圖3 復(fù)合鍍層厚度對(duì)汽車缸套磨損量的影響

綜合上述分析，得知復(fù)合鍍層中微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微粒粒徑及復(fù)合鍍層厚度對(duì)汽車缸套磨損量的影響規(guī)律。以此為參照，通過(guò)優(yōu)化施鍍工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)受損部位的有效修復(fù)。

圖4為經(jīng)過(guò)修復(fù)處理的汽車缸套磨損前后的形貌對(duì)照。通過(guò)形貌對(duì)比并依據(jù)摩擦學(xué)理論分析得知：摩擦過(guò)程中，鍍覆微粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合鍍層的汽車缸套表面能夠建立起潤(rùn)滑油膜層，營(yíng)造出理想的潤(rùn)滑環(huán)境，為摩擦產(chǎn)物（如磨屑等）的轉(zhuǎn)移創(chuàng)造利好條件，因而磨損程度輕，磨損量低。

圖4 經(jīng)過(guò)修復(fù)處理的汽車缸套磨損前后的形貌對(duì)照

3 結(jié)論

采用鍍覆微粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合鍍層的方法，開展失效汽車缸套的修復(fù)試驗(yàn)研究。采用正交試驗(yàn)法和單因素分析法，考察了復(fù)合鍍層中微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微粒粒徑及復(fù)合鍍層厚度對(duì)汽車缸套磨損量的影響規(guī)律。以獲得的結(jié)果為參照，通過(guò)優(yōu)化施鍍工藝，達(dá)到提高汽車缸套耐磨性以實(shí)現(xiàn)再利用的目標(biāo)。

［1］趙文軫，劉琦云.機(jī)械零件修復(fù)新技術(shù)［M］.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000.

［2］趙瑋霖，孫智富，富麗娟，等.失效機(jī)電產(chǎn)品零件快速修復(fù)［J］.鑄造技術(shù)，2006，27（5）：521-523.

［3］趙立濤，陳國(guó)需，高永建，等.摩擦磨損自修復(fù)原理及納米自修復(fù)添加劑研究進(jìn)展［J］.潤(rùn)滑與密封，2007，32（8）：152-155.

［4］胡振峰，汪笑鶴，呂鏢，等.自動(dòng)化電刷鍍技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體再制造中的應(yīng)用［J］.中國(guó)表面工程，2012，25（4）：27-30.

［5］蔣斌，徐濱士，董世運(yùn)，等.n-Al2O3／Ni復(fù)合鍍層的組織與滑動(dòng)磨損性能研究［J］.材料工程，2002（9）：33-36.

［6］徐龍?zhí)?，徐濱士，周美玲，等.電刷鍍鎳／鎳包納米Al2O3顆粒復(fù)合鍍層微動(dòng)磨損性能研究［J］.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21（1）：24-27.

［7］吳俊升，李曉剛，孔明，等.SiC 顆粒尺寸對(duì)鎳基復(fù)合鍍層耐磨性和耐蝕性的影響［J］.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2010，20（1）：125-131.

［8］楊冬青，張華堂，佟曉輝，等.納米金剛石復(fù)合鍍鉻層的摩擦學(xué)性能［J］.金屬熱處理，2002，27（6）：15-18.