失效汽车零件的修复试验研究

艾 锋

（德州职业技术学院 汽车系，山东 德州253034）

0 前言

机械零件失效在所难免，汽车零件也不例外。修复处理不仅能恢复失效汽车零件的尺寸精度，还能改善其表面性能，因而受到青睐［1-4］。

本文以失效的汽车缸套为例，采用镀覆微粒增强镍基复合镀层的方法对其进行修复，并开展相关测试分析。

1 试验

由于汽车缸套的结构较为复杂，所以选取其局部截段作为试件。结合实际情况，依照如下工艺流程对试件进行预处理：机械打磨→有机溶剂浸洗→酸洗活化→冲洗干燥。

修复试验在自制装置中进行。以氨基磺酸盐型镀镍液为基础镀液，其配方为：氨基磺酸镍500 g／L，氯化镍15g／L，硼酸40g／L，氯化钠10g／L。试验过程中，镀液温度和加载的电流密度均保持恒定，分别为2A／dm2和50℃。

采用正交试验法和单因素分析法展开修复试验过程。正交试验法基于正交性原理和数理统计理论，挑选具有代表性的数据作为试验因素水平，参见表1。单因素分析法则以磨损量为指标，研究复合镀层中微粒的质量分数、微粒粒径及复合镀层厚度对磨损量的影响规律，并分析各自的影响机制。

表1 试验因素水平

2 结果与讨论

依照表1 所列出的试验因素水平开展正交试验。极差分析结果显示：各因素对磨损量的影响顺序为复合镀层中微粒的质量分数﹥微粒粒径﹥复合镀层厚度。

2.1 微粒的质量分数的影响

图1为复合镀层中微粒的质量分数对汽车缸套磨损量的影响。由图1可知：随着复合镀层中微粒的质量分数由1.4%增至3.4%，磨损量由6.6 mg减至4.7mg。复合镀层中微粒的质量分数越高，意味着摩擦过程中能够起到承磨减摩作用的凸点数量越多，并且实际接触面积越大［5］，摩擦载荷得以分减，磨损程度有效减轻。

图1 微粒的质量分数对汽车缸套磨损量的影响

2.2 微粒粒径的影响

图2为微粒粒径对汽车缸套磨损量的影响。由图2可知：当微粒粒径为5μm 时，磨损量最低，约为5.2mg。微粒粒径通过影响镀层的承磨减摩能力，进而影响汽车缸套的耐磨性。微粒大小适中，摩擦过程中能够承受一定的摩擦载荷，减轻磨损程度。纳米微粒很难形成有效的表面凸点，在承磨减摩方面发挥的作用不尽理想。微米微粒虽然形成的凸点较明显并且能够承受更大的摩擦载荷，但摩擦过程中附带形成的较大摩擦作用力会导致部分微粒或因无法承受往复性的强摩擦挤压而晃动、脱落［6-7］。

图2 微粒粒径对汽车缸套磨损量的影响

2.3 复合镀层厚度的影响

图3 为复合镀层厚度对汽车缸套磨损量的影响。由图3可知：磨损量随复合镀层的增厚先降低后升高。由此推知，复合镀层并非越厚越有助于发挥承磨减摩效果。较薄的复合镀层因结构疏松且结合不牢固，故磨损程度较严重［8］。随着复合镀层增厚，其结构趋向致密，与基体的结合性能也有所改善，因而耐磨性理想。但与此同时也导致内应力增大，削弱汽车缸套的耐磨性，致使磨损量升高。

图3 复合镀层厚度对汽车缸套磨损量的影响

综合上述分析，得知复合镀层中微粒的质量分数、微粒粒径及复合镀层厚度对汽车缸套磨损量的影响规律。以此为参照，通过优化施镀工艺，实现了对受损部位的有效修复。

图4为经过修复处理的汽车缸套磨损前后的形貌对照。通过形貌对比并依据摩擦学理论分析得知：摩擦过程中，镀覆微粒增强镍基复合镀层的汽车缸套表面能够建立起润滑油膜层，营造出理想的润滑环境，为摩擦产物（如磨屑等）的转移创造利好条件，因而磨损程度轻，磨损量低。

图4 经过修复处理的汽车缸套磨损前后的形貌对照

3 结论

采用镀覆微粒增强镍基复合镀层的方法，开展失效汽车缸套的修复试验研究。采用正交试验法和单因素分析法，考察了复合镀层中微粒的质量分数、微粒粒径及复合镀层厚度对汽车缸套磨损量的影响规律。以获得的结果为参照，通过优化施镀工艺，达到提高汽车缸套耐磨性以实现再利用的目标。

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