汽车发动机再制造发展现状及其关键技术

1、一、前言 再制造工程是正在发展中的一个新兴研究领域和新兴产业。再制造工程运用先进表面技术、复合表面技术等多种高新技术、产业化生产方式、严格的产品质量管理和市场管理模式，使废旧产品得以高质量的再生，创造新的价值，是符合国家可持续发展的一项系统工程。我国有几万亿的设备资产，每年因磨损和腐蚀而使设备停产、报废所造成的损失都愈千亿元，与人民生活密切相关的汽车、家电、电脑等产品的报废数量更是惊人。据统计1996年全球就有2400万辆汽车报废，到2004年仅美国就将有3.15亿台计算机被废弃，整个人类的生存环境面临日益增长的产品废弃物的压力。面对如此大量报废产品的处理，如何尽量减少材料和能源的浪费，减少环

2、境污染，最大限度地重新利用资源，已经成为亟待解决的问题。再制造工程是解决资源浪费、环境污染和废旧产品翻新改造的最佳方法和途径之一。因此大力发展再制造技术已经是许多有识之士的共识，国内外对再制造工程的研究越来越多。 二、汽车再制造工程 汽车零部件的再制造研究较早，在国外已经形成了规模相当大的产业。美国汽车工程师协会（SAE）多次举办以“再制造”为主题的学术会议，并对一些具体零部件（如离合器、发动机、变速箱、转向器等）的再制造制定了标准。美国汽车发动机产品再制造协会（PERA）每月都出版关于再制造产品市场、销售、生产和管理的快报，并主办汽车再制造杂志。美国福特汽车公司正在建立一个旧部件交流中心，充

3、分利用回收再制造的部件；福特、通用、克莱斯勒等大汽车公司结成回收联盟，建立汽车拆卸中心，专门研究开发汽车零部件的拆卸、再制造和再循环利用。美国军队的车辆和武器大量使用再制造部件，节约了军用装备的制造经费。 车辆再制造在我国的研究应用尚处于起步阶段，很多项目主要集中在再制造单项技术的研究和理论研究上，很少深入到汽车再制造的生产实践中去。表面工程技术应用于汽车再制造将提升再制造的产品质量。目前装甲兵工程学院正在建设国家级再制造技术科技重点实验室，为装备的再制造升级改造与延寿提供了研究基地与实验平台。国内的济南、上海已经建立了汽车发动机的再制造生产线，形成了一定的再制造能力。北京昊兰汽车修理厂也经过

4、充分论证，正在建设汽车发动机再制造生产线，并与全军装备维修表面工程研究中心合作开展表面工程技术在汽车发动机再制造中的应用研究，进一步提高再制造产品的质量。 三、汽车发动机再制造的关键技术 再制造工程所需要的技术种类非常广泛，其中各种表面技术和复合表面技术主要用来修复和强化废旧零件的失效表面，是实施再制造的主要技术。由于废旧零部件磨损和腐蚀等失效主要发生在表面，因此各种各样的表面涂敷和改性技术应用的最多；纳米涂层及纳米减摩自修复技术是以纳米材料为基础，通过特定涂层工艺对表面进行高性能强化，或应用摩擦化学等理论在摩擦损伤表面原位形成自修复膜层的技术，也可以归入表面技术之中；修复热处理是通过恢复金属

5、内部组织结构来恢复零件的整体性能的特定工艺；再制造毛坯快速成型技术是根据要求的零件几何信息，采用积分堆积原理和激光同轴扫描等方法进行金属的熔融堆积、快速成型的技术；过时产品的性能升级技术不仅包括通过再制造使产品强化、延寿的各种方法，而且包括产品使用后的改装设计，特别是引进高新技术使产品性能升级的各种方法。另外通用的各种机械加工和特种加工技术也经常使用。 汽车再制造的关键是对发动机再制造。发动机再制造的关键是对发动机的主要零部件的再制造，这些零部件主要包括缸体、缸盖、曲轴和连杆等，表面工程技术尤其是纳米表面工程技术是零部件再制造的重要技术手段，应用纳米电刷镀技术、热喷涂技术等先进表面技术将保证再

6、制造产品的质量。 （1）纳米电刷镀技术 由于纳米材料具有优异的力学性能，可用于制造超硬、高强、高韧超塑性材料和高性能陶瓷及高韧、高硬涂层，不仅能够获得质量优良的原材料，而且可以采用表面工程技术对零部件进行维修或再制造，获得高性能的零件或备品配件。以纳米金刚石和纳米陶瓷为代表的纳米硬粉，具有很高的硬度和较好耐高温能力，在镀层应用可以较大幅度改善电刷镀镀层的机械性能。通过将纳米材料与高效的电刷镀技术结合，并采用镍包覆法对纳米粉表面进行处理，可有效地提高纳米粉在镍基复合镀层中的共沉积量，大大改善纳米粉在镀层中的均匀程度，解决纳米粉在复合镀层中难以均匀分散这一关键问题。在纳米材料的弥散强化作用下，获得

7、的纳米复合镀层表现出比单一快速镍刷镀层更好的性能。例如含纳米金刚石的复合镀层在室温高负荷下具有优良的抗疲劳和抗磨损性能。纳米氧化铝Ni/Ni+nano-Al2O3复合镀层的使用温度提高到400，复合镀层的显微硬度保持在600HV，微动磨损深度为快速镍刷镀层的1/4。纳米复合电刷镀技术可用于进行装备零部件表面损伤的修复、新品零部件表面的强化和防护，有望在汽车发动机的轴承、轴类零件的磨损部位得到应用。 （2）高速电弧喷涂技术 电弧喷涂技术是热喷涂技术的一种，也是表面工程的重要组成部分。该技术产生较早，兴起于上世纪80年代。随着喷涂设备、材料、工艺的迅速发展与更新，电弧喷涂科技已经成为目前热喷涂领域

8、中最引人注目的技术之一。 全军装备维修表面工程研究中心在普通电弧喷涂枪的基础上，根据气体动力学的有关原理，对传统电弧喷涂枪的流场进行优化设计，经过大量的试验，成功地研制出高速电弧喷涂技术。采用高速电弧喷涂技术能够制备耐磨涂层、防腐涂层、防滑涂层等各种性能的涂层，可以应用于磨损零件的修复和强化。新型高速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比，粒子速度显著提高，雾化效果明显改善；涂层的结合强度显著提高，涂层的孔隙率和表面粗糙度低。高速电弧喷涂具有优质、高效、低成本的特点，在汽车发动机再制造中具有广阔的应用前景。 （3）纳米固体润滑干膜技术 表面减摩技术的应用，能够提高汽车装备中的机械设备运行可靠性，延长使用寿

9、命，减少维修次数。固体润滑干膜技术是一种新型减摩技术，能够在高温、高负荷、超低温、超高真空、强氧化还原和强辐射等环境条件下有效润滑。 纳米固体润滑技术通过在固体润滑干膜中添加润滑和抗磨作用的纳米粒子，改善固体润滑干膜的润滑、耐磨损性能，能够在常规油脂不宜使用的特殊环境下实现有效润滑，并且没有油脂润滑所存在的污染及漏油等问题。如含有纳米氧化铝材料的固体润滑干膜的耐磨性提高了2-5倍。纳米固体润滑膜可以用到几乎所有的摩擦部件上而不需要改变部件的尺寸，而且还具有优良的防腐蚀性能和动密封性能，能起到防止机械振动和减少机械噪声的作用。目前已经在一些重载车辆中使用了具有良好耐磨、减摩和防腐性能的纳米固体润

10、滑干膜，取得明显效果。 （4）其他技术 划伤快速填补技术是利用微区脉冲点焊设备和专用材料，对零部件的损伤部位进行快速修复的技术。该技术通过高能电脉冲产生高温，使补材在经过预处理的待修表面上熔化，实现二者的微区焊接，能够对均匀磨损、沟槽和特形表面棱边损伤等进行快速修复。 另外超音速等离子喷涂技术、纳米减摩原位动态自修复技术等在汽车发动机再制造中也将能发挥重要的作用。超音速等离子喷涂以等离子弧为热源，可以将微纳米陶瓷粉、复合粉等多种喷涂材料加热到熔融状态，利用超音速射流沉积得到结合强度高、孔隙率低的高质量涂层，在修复强化零件方面有广泛的应用前景。纳米减摩原位动态自修复技术通过在润滑油中加入纳米减摩添加剂，在摩擦化学作用下原位动态修复零件表面微损伤，能够有效降低摩擦、减小磨损、降低油耗、提高发动机的有效功率，能够用于提高再制造发动机的性能，延长使用寿命。 四、结束语