[00150756]金属陶瓷梯度功能材料在内燃机上的应用

1. 任务来源河北省科技攻关计划项目，项目编号：06212124。2. 应用领域和技术原理提高内燃机的热效率和零部件使用寿命以及改善其排放性能是内燃机领域必须考虑的课题。本研究课题即围绕此问题而展开，寻求较好的解决方案。首先对金属陶瓷梯度功能材料做了简单介绍，分析了梯度功能材料在内燃机上应用的理论基础和技术背景。通过试验研究金属陶瓷梯度功能材料在内燃机上应用的效果。从理论与实际两个方面对梯度功能材料在内燃机上应用的可行性进行了论证。最后进行了金属陶瓷梯度功能材料对活塞环摩擦磨损性能改善的研究。3. 性能指标外特性试验结果与原机相比，结果表明采用金属陶瓷梯度功能材料后，内燃机的动力性和经济性均有明显改善：最大转矩提高了4.68%，最大功率提高8.57%，最低燃油消耗率下降5.18%，高速时改善效果尤为明显。通过对梯度功能材料对内燃机性能影响的进一步分析，探讨了其影响机理。通过对试验结果的分析表明：活塞环表面经PCVD陶瓷涂层强化后，润滑状况的改善、膜层硬度的提高和摩擦系数的降低是陶瓷涂层抗磨减摩的主要原因。4. 与国内外同类技术比较目前，国内外陶瓷发动机的零件大部分仍采用等离子喷涂、物理或化学气相沉积的方法制备，缺点为涂层质量差、效率低或破坏工件原有性能。针对存在的问题，本文提出了采用等离子体化学气相沉积(PCVD)技术在内燃机零部件上完成金属陶瓷梯度功能材料的镀膜工艺。5. 成果的创造性、先进性(1)该课题所设计的等离子体化学气相沉积(PCVD)金属陶瓷梯度功能材料，较此前的其它连接工艺材料性质有了明显改善。(2)发动机台架对比试验结果表明，采用金属陶瓷梯度功能材料后，内燃机的动力性和经济性均有明显改善。(3)PCVD金属陶瓷梯度功能材料在内燃机活塞环、气缸套等部件上应用后，减磨性的增强、气缸密封性的提高和热量损失的减少是内燃机功率、转矩提高，燃油消耗率下降的主要原因。(4)由镀膜前后活塞环磨损量的对比分析发现，PCVD复合陶瓷涂层具有明显的减摩抗磨作用。(5)由活塞环PCVD复合陶瓷涂层摩擦学的理论分析和试验研究可知，润滑状况的改善、膜层硬度的提高和摩擦系数的降低是PCVD复合陶瓷涂层抗磨减摩的主要原因。6. 作用意义PCVD金属陶瓷镀膜内燃机是今后陶瓷绝热内燃机发展的主流方向之一，代表了从提高机械效率和热效率等方面提高内燃机性能的发展方向。该课题属于应用基础研究课题，具有重要的经济意义和社会意义。该课题的研究对梯度功能材料在其它领域的应用与开发具有较大的借鉴意义与参考价值。该技术不仅可应用于内燃机，还适应于各种机械的摩擦副，耐高温、耐腐蚀件，各种刀具和模具等，具有很高的实用性和推广应用价值。在充分保证镀膜质量以及适当降低生产成本的前提下，金属陶瓷梯度功能材料在内燃机上具有广阔的应用前景。 该课题的完成，仅仅是金属陶瓷梯度功能材料应用于内燃机的开始，在下一步的研究工作中，应着重解决如下问题：(1) 通过试验进一步研究金属陶瓷梯度功能材料对内燃机燃烧过程和内燃机耐久性的影响，探讨金属陶瓷梯度功能材料对内燃机排放性能的影响机理。(2) 对等离子体化学气相沉积复合陶瓷涂层耐磨性和可靠性的试验研究以及陶瓷涂层隔热性能和耐磨机理的研究还需通过大量试验，作进一步探讨。(3) 进一步研究寻求与陶瓷材料相适应的内燃机结构，以及通过改进现有技术降低金属陶瓷镀膜零部件的生产成本，为陶瓷零部件大批量应用于内燃机创造条件。