失效汽車零件的修復試驗研究

艾 鋒

（德州職業技術學院 汽車系，山東 德州253034）

0 前言

機械零件失效在所難免，汽車零件也不例外。修復處理不僅能恢復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，采用鍍覆微粒增強鎳基復合鍍層的方法對其進行修復，并開展相關測試分析。

1 試驗

由于汽車缸套的結構較為復雜，所以選取其局部截段作為試件。結合實際情況，依照如下工藝流程對試件進行預處理：機械打磨→有機溶劑浸洗→酸洗活化→沖洗干燥。

修復試驗在自制裝置中進行。以氨基磺酸鹽型鍍鎳液為基礎鍍液，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。試驗過程中，鍍液溫度和加載的電流密度均保持恒定，分別為2A／dm2和50℃。

采用正交試驗法和單因素分析法展開修復試驗過程。正交試驗法基于正交性原理和數理統計理論，挑選具有代表性的數據作為試驗因素水平，參見表1。單因素分析法則以磨損量為指標，研究復合鍍層中微粒的質量分數、微粒粒徑及復合鍍層厚度對磨損量的影響規律，并分析各自的影響機制。

表1 試驗因素水平

2 結果與討論

依照表1 所列出的試驗因素水平開展正交試驗。極差分析結果顯示：各因素對磨損量的影響順序為復合鍍層中微粒的質量分數﹥微粒粒徑﹥復合鍍層厚度。

2.1 微粒的質量分數的影響

圖1為復合鍍層中微粒的質量分數對汽車缸套磨損量的影響。由圖1可知：隨著復合鍍層中微粒的質量分數由1.4%增至3.4%，磨損量由6.6 mg減至4.7mg。復合鍍層中微粒的質量分數越高，意味著摩擦過程中能夠起到承磨減摩作用的凸點數量越多，并且實際接觸面積越大［5］，摩擦載荷得以分減，磨損程度有效減輕。

圖1 微粒的質量分數對汽車缸套磨損量的影響

2.2 微粒粒徑的影響

圖2為微粒粒徑對汽車缸套磨損量的影響。由圖2可知：當微粒粒徑為5μm 時，磨損量最低，約為5.2mg。微粒粒徑通過影響鍍層的承磨減摩能力，進而影響汽車缸套的耐磨性。微粒大小適中，摩擦過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，在承磨減摩方面發揮的作用不盡理想。微米微粒雖然形成的凸點較明顯并且能夠承受更大的摩擦載荷，但摩擦過程中附帶形成的較大摩擦作用力會導致部分微粒或因無法承受往復性的強摩擦擠壓而晃動、脫落［6-7］。

圖2 微粒粒徑對汽車缸套磨損量的影響

2.3 復合鍍層厚度的影響

圖3 為復合鍍層厚度對汽車缸套磨損量的影響。由圖3可知：磨損量隨復合鍍層的增厚先降低后升高。由此推知，復合鍍層并非越厚越有助于發揮承磨減摩效果。較薄的復合鍍層因結構疏松且結合不牢固，故磨損程度較嚴重［8］。隨著復合鍍層增厚，其結構趨向致密，與基體的結合性能也有所改善，因而耐磨性理想。但與此同時也導致內應力增大，削弱汽車缸套的耐磨性，致使磨損量升高。

圖3 復合鍍層厚度對汽車缸套磨損量的影響

綜合上述分析，得知復合鍍層中微粒的質量分數、微粒粒徑及復合鍍層厚度對汽車缸套磨損量的影響規律。以此為參照，通過優化施鍍工藝，實現了對受損部位的有效修復。

圖4為經過修復處理的汽車缸套磨損前后的形貌對照。通過形貌對比并依據摩擦學理論分析得知：摩擦過程中，鍍覆微粒增強鎳基復合鍍層的汽車缸套表面能夠建立起潤滑油膜層，營造出理想的潤滑環境，為摩擦產物（如磨屑等）的轉移創造利好條件，因而磨損程度輕，磨損量低。

圖4 經過修復處理的汽車缸套磨損前后的形貌對照

3 結論

采用鍍覆微粒增強鎳基復合鍍層的方法，開展失效汽車缸套的修復試驗研究。采用正交試驗法和單因素分析法，考察了復合鍍層中微粒的質量分數、微粒粒徑及復合鍍層厚度對汽車缸套磨損量的影響規律。以獲得的結果為參照，通過優化施鍍工藝，達到提高汽車缸套耐磨性以實現再利用的目標。

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