二、活塞環(huán)的表面處理

      活塞環(huán)的表面處理在現(xiàn)代活塞環(huán)技術(shù)中占有很大的比重，回顧活塞環(huán)的表面處理技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)從易到難，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一性能到綜合性能的演變過(guò)程。活塞環(huán)表面復(fù)層的方法很多，可歸納為二大類：其一，以改善環(huán)的初期磨合性能，提高耐蝕性為目的的，稱磨合型，如四氧化三鐵（FO）、磷酸鹽、錫等；其二，以延長(zhǎng)活塞環(huán)壽命為目的的，稱耐磨型，主要是鉻、鉬等。對(duì)于高負(fù)荷、高速發(fā)動(dòng)機(jī)主要是第二類。活塞環(huán)表面處理種類很多，常用的有：

1、磷化處理

      磷化是指在活塞環(huán)表面通過(guò)磷酸鹽處理，生成多孔性的磷酸錳（或鋅）和磷酸鐵的柔軟薄膜。具有耐腐蝕和提高初期磨合性能。薄膜厚度視需要可為0.004～0.03mm。其優(yōu)點(diǎn)是具有柔軟、存油等性質(zhì)，能改善磨合和抗拉缸性能，有防蝕、防銹作用。磷化處理所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、效率高

2、硫化處理

      硫化是指用滲硫的方法在活塞表面生成一層硫化鐵和氮化鐵，具有防止熔敷磨損和提高初期磨合性能，一般用在直徑較大的活塞環(huán)上。

3、噴鉬

      由于鍍鉻環(huán)的耐熔著性能不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)日益強(qiáng)化的需要，一種新的復(fù)層——噴鉬，發(fā)展起來(lái)。噴鉬是利用噴鎗將純金屬鉬絲熔化后噴成極細(xì)的鉬粒，噴涂在予先開有凹槽的活塞環(huán)工作表面上。其特點(diǎn)有：

（1）耐熔著性能

      噴鉬環(huán)始終具有良好的耐熔著性能，例如柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行2萬(wàn)小時(shí)，噴鉬環(huán)仍毫無(wú)故障，而鍍鉻環(huán)已出現(xiàn)嚴(yán)重的熔著現(xiàn)象。

（2）耐磨料磨損性能

      噴鉬層特別具有多孔性，能獲得良好的潤(rùn)滑條件，噴鉬層中的質(zhì)點(diǎn)硬度較高。但噴鉬環(huán)和鍍鉻環(huán)的耐磨損性能，孰優(yōu)孰劣？要看特定的使用和試驗(yàn)條件、工藝條件等。一般有這樣一種傾向，即在以磨料磨損為主要磨損的情況下，以采用鍍鉻環(huán)為佳，在可能產(chǎn)生熔著的情況下采用噴鉬環(huán)為宜。但是，在強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)際發(fā)生的磨損中一般以熔著磨損最大，而熔著磨損產(chǎn)生的碎屑又會(huì)引起磨料磨損，就這種磨料磨損而言，噴鉬環(huán)仍優(yōu)于鍍鉻環(huán)。

（3）耐腐蝕性能

      噴鉬環(huán)有足夠的耐蝕性，比鍍鉻環(huán)略好一些。

（4）磨合性與密封性

      由于鉬環(huán)的多孔結(jié)構(gòu)（可貯油和脆性），它的磨合性能較鍍鉻環(huán)好，使摩擦損失減少；同時(shí)，其貯油特性有利于密封。噴鉬層的厚度，據(jù)資料介紹，噴鉬壓縮環(huán)鉬層厚度一般為0.10～0.20 mm，最小可用0.05 mm，對(duì)于重載發(fā)動(dòng)機(jī)可取0.15～0.30 mm。

4、氧化處理

      氧化處理是指在活塞表面不完全氧化，生成四氧化三鐵薄膜，具有耐腐蝕、抗咬合和提高初期磨合性能。

5、鍍錫處理

      鍍錫主要是改善初期磨合性能，縮短磨合時(shí)間，最近還有對(duì)鍍鉻環(huán)表面再鍍錫的做法。既可改善初期磨合性，又耐磨提高環(huán)的使用壽命。

6、氮化處理

      氮化是指在活塞環(huán)的表面滲氮，生成氮化鐵硬化層。氮化的優(yōu)點(diǎn)是提高表面硬度，降低摩擦，增強(qiáng)耐磨性；抗腐蝕性能好，導(dǎo)熱性能優(yōu)良；有一定的抗熔著磨損性能。

7、鍍鉻處理

      隨著發(fā)動(dòng)機(jī)不斷強(qiáng)化，對(duì)活塞環(huán)耐磨性要求提高，鍍鉻環(huán)的使用也隨之增多，鍍鉻技術(shù)也不斷創(chuàng)新，如刷鍍技術(shù)、旋轉(zhuǎn)鍍鉻技術(shù)、長(zhǎng)筒鍍鉻技術(shù)、高低液槽位鍍鉻循環(huán)和周期換向電鍍技術(shù)等得以發(fā)展。鍍鉻環(huán)對(duì)提高活塞環(huán)耐磨性是一項(xiàng)很有效的措施，材料結(jié)構(gòu)如圖5所示。

（1）鍍鉻層硬度比鑄鐵高，達(dá)HV850～950，能抵制磨料磨損；

（2）熔點(diǎn)比鑄鐵高，前者為1770℃，后者為1230℃，因此，與鑄鐵相比，有利于抵制熔著磨損；

（3）有極好的的耐蝕性；

（4）良好的鍍鉻表面能儲(chǔ)存小量的機(jī)油，例如表面造成溝紋或多孔組織。

      此外，它與本體材料的附著力較大，導(dǎo)熱系數(shù)好以致能成功地與鑄鐵或鋼質(zhì)缸套相配（但不能與鍍鉻缸套相配），鍍鉻層厚度，隨用途而異。

8、噴涂耐磨材料

       噴涂耐磨材料是活塞環(huán)表面處理的新技術(shù)，其中等離子噴涂更處于發(fā)展階段，噴涂層具有多孔性和比鉻更高的熔點(diǎn)，具有更好的抗咬合性能，耐磨鍍層結(jié)構(gòu)如圖6所示。耐磨材料有鉬、陶瓷材料、金屬碳化物等。其中尤以噴鉬采用較多，還出現(xiàn)鍍鉻表面再噴鉬的方法，顯示出噴涂耐磨材料發(fā)展的前景廣闊。

      活塞環(huán)表面處理技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步和廣泛應(yīng)用勢(shì)將繼續(xù)下去，如活塞環(huán)表面多元素的復(fù)合鍍，有機(jī)高分子材料的復(fù)合涂層技術(shù)等正在試驗(yàn)發(fā)展中。

三、活塞環(huán)常見截面形狀及功用

       柴油發(fā)電機(jī)的活塞環(huán)應(yīng)具備高的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、貯油性、磨合性、導(dǎo)熱性、強(qiáng)韌性、彈性和易加工性等，因而活塞環(huán)采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶制成。通常對(duì)第一道氣環(huán)外圓面的表面進(jìn)行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鍍鉻層硬度高，并能儲(chǔ)存少量潤(rùn)機(jī)油，有利于改善潤(rùn)滑和減輕磨損。鉬的熔點(diǎn)很高，也具有多孔性，因此，噴鉬同樣可以提高活塞環(huán)的耐磨性。其他各道活塞環(huán)大多采用鍍錫或磷化處理，以改善其磨合性。但是，鋼帶組合油環(huán)的上下刮片，其外圓面均進(jìn)行多孔鍍鉻處理。

1、矩形平環(huán)

      最基本的壓縮環(huán)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于低速、低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖7所示。

2、桶面環(huán)

      能適應(yīng)活塞的擺動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中能有效形成動(dòng)壓潤(rùn)滑，由于與氣缸接觸面積小而能有效縮短初期磨合，密封能力強(qiáng)，用于各種中、高速發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮環(huán)。如圖8所示。

3、梯形環(huán)

      梯形環(huán)的徑向運(yùn)動(dòng)可將環(huán)槽中的積碳擠出，有效防止環(huán)結(jié)膠卡死，用于各種高速、高負(fù)荷、大功率發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮環(huán)。如圖9所示。

4、矩形錐面環(huán)

      錐面與氣缸接觸面積小，能縮短初期磨合。向上運(yùn)動(dòng)能有效布油，向下運(yùn)動(dòng)能有效刮油，具有良好的控油性能，用于各種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖10所示。

5、內(nèi)倒角（止口）正扭曲環(huán)

      裝入氣缸后因內(nèi)力矩不平衡而產(chǎn)生正扭曲，外圓面下側(cè)與缸壁接觸，具有錐面環(huán)功效，上端面外側(cè)與上環(huán)槽接觸，下端面內(nèi)側(cè)與下環(huán)槽接觸，對(duì)由上而下的氣體具有良好的密封作用。如圖11所示。

6、內(nèi)倒角（止口）反扭曲環(huán)

      裝入氣缸后因內(nèi)力矩不平衡而產(chǎn)生反扭曲，下端面外側(cè)與下環(huán)槽接觸，上端面內(nèi)側(cè)與上環(huán)槽接觸，對(duì)由下而上的機(jī)油控制效果較好。如圖12所示。

7、鼻形（止口）錐面環(huán)

      綜合了錐面環(huán)與正扭曲環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鼻形（止口）在刮油時(shí)具有泄壓作用，刮油能力強(qiáng)。如圖13所示。

8、普通油環(huán)

      最基本的油環(huán)，用于低速、低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)。

9、螺旋撐簧油環(huán)

      彈力主要由螺旋彈簧提供，其面壓較高、持久性強(qiáng)；同時(shí)，環(huán)體具有良好的柔性，因而螺旋撐簧油環(huán)有較強(qiáng)的控油能力，用于各種中、高速發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖14所示。

10、鋼帶組合油環(huán)

      接觸壓力高、密封能力強(qiáng)、回油通暢、重量輕，具有良好的控油能力，廣泛應(yīng)用于中、高速四沖程汽油機(jī)。如圖15所示。