梯度功能材料的高耐腐蚀性对发动机耐久性的影响
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摘要
本文首先对陶瓷--金属梯度功能材料这一新型材料的设计、制备、特性评价做了简单介绍,并主要研究了陶瓷--金属梯度功能材料在摩托车发动机应用后所产生的效果。发动机台架试验表明:陶瓷--金属梯度功能材料对发动机的动力性、燃油消耗率都有一定程度的改善。因此预测这种新型材料具有良好的减磨性，良好的减磨性则是功率提高、油耗下降的主要原因。通过在在天津大学的摩擦磨损试验室进行的试验证实了以上预测的正确性。
本文对陶瓷--金属梯度功能材料进行了进一步的试验研究，在采用梯度功能材料的发动机进行400小时耐久试验结束后，对发动机功率、扭矩及油耗与试验前进行了统计比较，并且通过在耐久试验前后解体发动机，对活塞、气缸体的主要磨损部位进行了测量对比。试验比较结果显示，气缸体及活塞的主要接触面的磨损量很小，发动机功率下降不明显，这表明梯度功能材料在发动机上能够起较好的作用。
本文同时进行了另外一项试验研究，分别对两组五种不同材料的样块进行盐雾试验。结果表明经过镀膜的材料具有良好的耐腐蚀性，尤其镀膜后的铸铝材料，耐腐蚀性具有明显的提高。目前我国的发动机活塞及缸套多采用铸铝材料，在经过镀膜后，由于其耐腐蚀性提高，必然使得活塞及缸套的耐磨性提高。
Firstly, a brief introduction is made to the design, preparation and properties’ evaluation of Ceramic- Mental FGM (Function gradient Material). The effects of the Ceramic-Mental FGM applied in motorcycle engine is studied. Results of engine bench test show that the appliance of Ceramic-Mental FGM in motorcycle engine improves the power out and the fuel economy of the engine. So it is predicted that the Ceramic-Mental FGM can reduce friction, thus increase the power out and reduce the fuel consumption, which is proved by the experiments held in the Friction and Wear Laboratory of Tianjin University.
Further 400-hour durability test of the motorcycle engine equipped with FGM is held to analyze the change of the power out, the torque and the fuel consumption. It is found that the reduction of the power out is obscure. The main friction area on the piston and cylinder is measured and compared, which proves that Ceramic-Mental FGM can decrease the friction and wear between the cylinder and piston.
Another salt spray test was held on 5 types material samples divided into 2 groups. The test results show that the corrosion resistance of the materials after film coating are improved effectively, especially to cast aluminum. Because most cylinders and pistons of motorcycle engines are made of cast aluminum in present China, the appliance of Ceramic-Mental FGM will improve the corrosion resistance and the abradability of the cylinder and piston, which improves the general performance of motorcycle engines.
本文对陶瓷--金属梯度功能材料进行了进一步的试验研究，在采用梯度功能材料的发动机进行400小时耐久试验结束后，对发动机功率、扭矩及油耗与试验前进行了统计比较，并且通过在耐久试验前后解体发动机，对活塞、气缸体的主要磨损部位进行了测量对比。试验比较结果显示，气缸体及活塞的主要接触面的磨损量很小，发动机功率下降不明显，这表明梯度功能材料在发动机上能够起较好的作用。
本文同时进行了另外一项试验研究，分别对两组五种不同材料的样块进行盐雾试验。结果表明经过镀膜的材料具有良好的耐腐蚀性，尤其镀膜后的铸铝材料，耐腐蚀性具有明显的提高。目前我国的发动机活塞及缸套多采用铸铝材料，在经过镀膜后，由于其耐腐蚀性提高，必然使得活塞及缸套的耐磨性提高。
Firstly, a brief introduction is made to the design, preparation and properties’ evaluation of Ceramic- Mental FGM (Function gradient Material). The effects of the Ceramic-Mental FGM applied in motorcycle engine is studied. Results of engine bench test show that the appliance of Ceramic-Mental FGM in motorcycle engine improves the power out and the fuel economy of the engine. So it is predicted that the Ceramic-Mental FGM can reduce friction, thus increase the power out and reduce the fuel consumption, which is proved by the experiments held in the Friction and Wear Laboratory of Tianjin University.
Further 400-hour durability test of the motorcycle engine equipped with FGM is held to analyze the change of the power out, the torque and the fuel consumption. It is found that the reduction of the power out is obscure. The main friction area on the piston and cylinder is measured and compared, which proves that Ceramic-Mental FGM can decrease the friction and wear between the cylinder and piston.
Another salt spray test was held on 5 types material samples divided into 2 groups. The test results show that the corrosion resistance of the materials after film coating are improved effectively, especially to cast aluminum. Because most cylinders and pistons of motorcycle engines are made of cast aluminum in present China, the appliance of Ceramic-Mental FGM will improve the corrosion resistance and the abradability of the cylinder and piston, which improves the general performance of motorcycle engines.
引文
裘孔光 往复式内燃机用陶瓷材料的回顾和展望 国外内燃机 1992-6 2～15
[美] Assanis D Wiese K 等 陶瓷镀曾对柴油机性能和排放的影响 国外内燃机 1992-6 17～25
3．[美] Woods ME 绝热发动机高温零部件的发展 国外内燃机 1992-6 26～32
4．[日]河春英男 发动机用陶瓷材料的现状 国外内燃机 1992-6 33～39
5． Parker D A 等 陶瓷材料在往复式发动机上的应用 国外内燃机 1992-2
3～15
6．[英]ullins P 陶瓷发动机零件大有发展前途 国外内燃机 1992-6 41～48
7．王引真 功能梯度材料的研究动态 机械材料 1997-8
8．3rd FGM International Conference ,Lansanne,sweden,1994
9．新野正之,平井敏雄,渡边龙三,倾斜机能材料---宇宙机用超耐热材料 日本复合材料学会志,1987:13（6）:257～263
10．丁保华,分形在梯度功能材料中的应用,材料导报,1998:10，6
11．新野正之，粉末及粉末冶金 1990：37（2）：241
12．滕立东 Ti-ZrO2等梯度材料的制备与显微镜结构研究 硅酸盐学报 Vol. 28 No.5
13. 陈柄贻,材料工程,1993；7(45)
14. 高桥章等，材料工程,1990；37(2)：263
15．L.Pawlowski and P. fauchais, Inter. Mater. Reviews, 1992，37(6)
16. 平野澈，日本复合材料学会志，1987；13（6）：257
17．徐智谋等，功能梯度材料和低温制备研究现状及展望，表面技术，2000，29（2）：1～5
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20.Williamson R L,Rabin B H,Drake J K. Finite element analysis of thermal residual stresses at graded ceramic-metal inter faces Part I---model description and geometrical effects. J. Appl. Phy,1993;74:1310～1320
21.Drake J T, Williamson R L,Rabin B H. Finite element analysis of thermal residual stresses at graded ceramic-metal interfaces part Ⅱ---Interface optimization for residual stress reduction. J. Appl. Phy,1993;74:1321～1326
22.Hojo J, Kajiya T, Fukuoka S, Kunoo K. Thermal stress analysis of multiplayer composite of SiC-TiC-Ni system. Power and Powder Metall, 1994;41:658～663
23.K.S. Ravichandran, Mater, Sci. Eng.,1995;A201:269～272
24.M. Finot,S.Suresh, MC. Bull, Mater. Sci. Eng., 1996;A205: 59～63
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26.Menien H Meyer M. and Suchentrunk R. Proc. 1st, Inter. Symp. On Fgm, Sendai, Japan,1990:135～140
27.吴大维，范箱军等，PECVD法氮化硅薄膜的研究，材料科学与工程，1997，57
28．曾还香，金属陶瓷涂层的制备，表面技术，1999，28（1）：22～27
29．山东中天实业有限公司PCVD产品说明书
30．QC/T29117.9-93 摩托车和轻便摩托车产品质量检验 发动机耐久性评定方法
31．GB/T2423.17-93《电工电子产品基本环境试验规程Ka：盐雾试验方法》（等效采用IEC68-2-11《基本环境试验规程 试验Ka：盐雾试验方法》（1981年第三版））
32．JIS K 2234-1987 防冻液
33.李臻熙、张同俊等,梯度功能材料的热应力研究进展,宇航材料工艺,1997,6
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34.沈强、张联盟、袁润章,Ni/Ni3Al-TiC系梯度功能材料的组成结构设计与制
备,硅酸盐学报,1997:4(25) 406～411
35.李克平、张同俊,新型梯度功能材料的研究现状与展望,材料导报, 1996.3 11～15
36.郑子憔、梁叔权,梯度功能材料的研究与展望,功能材料,1994:5 27～33
37.陆际清,陶瓷零件在汽车发动机配气机构中的应用,汽车技术,1993,3:42～47
38.杜庆建,陶瓷涂层隔热的2135型柴油机的试验研究,天津大学硕士论文,
1989,2
39.戴冠军,汽车技术况的预测和控制,汽车技术,1987，4:58～62
40.刘勇兵、黄起,金属基复合材料在汽车上的应用与展望,汽车技术,1994,9：25～29
41.蒋德明 内燃机燃烧与排放学 西安交通大学出版社 2001.7
42.李勤 现代内燃机排气污染物的测量与控制 机械工业出版社 1998.12
43.朱仙鼎 中国内燃机工程师手册 上海科学技术出版社 2000.9
44.王青 梯度功能材料在摩托车发动机上的应用与研究 天大硕士论文 1999-12
45.李艳琳 内燃机应用金属陶瓷梯度功能材料的基础问题研究 天大硕士论文 2001-5
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45.李艳琳 内燃机应用金属陶瓷梯度功能材料的基础问题研究 天大硕士论文 2001-5