汽車發動機再制造發展現狀及其關鍵技術

 一、前言
        再制造工程是正在發展中的一個新興研究領域和新興產業。再制造工程運用先進表面技術、復合表面技術等多種高新技術、產業化生產方式、嚴格的產品質量管理和市場管理模式，使廢舊產品得以高質量的再生，創造新的價值，是符合國家可持續發展的一項系統工程。我國有幾萬億的設備資產，每年因磨損和腐蝕而使設備停產、報廢所造成的損失都愈千億元，與人民生活密切相關的汽車、家電、電腦等產品的報廢數量更是驚人。據統計1996年全球就有2400萬輛汽車報廢，到2004年僅美國就將有3.15億臺計算機被廢棄，整個人類的生存環境面臨日益增長的產品廢棄物的壓力。面對如此大量報廢產品的處理，如何盡量減少材料和能源的浪費，減少環境污染，最大限度地重新利用資源，已經成為亟待解決的問題。再制造工程是解決資源浪費、環境污染和廢舊產品翻新改造的最佳方法和途徑之一。因此大力發展再制造技術已經是許多有識之士的共識，國內外對再制造工程的研究越來越多。
        二、汽車再制造工程
        汽車零部件的再制造研究較早，在國外已經形成了規模相當大的產業。美國汽車工程師協會（SAE）多次舉辦以“再制造”為主題的學術會議，并對一些具體零部件（如離合器、發動機、變速箱、轉向器等）的再制造制定了標準。美國汽車發動機產品再制造協會（PERA）每月都出版關于再制造產品市場、銷售、生產和管理的快報，并主辦《汽車再制造雜志》。美國福特汽車公司正在建立一個舊部件交流中心，充分利用回收再制造的部件；福特、通用、克萊斯勒等大汽車公司結成回收聯盟，建立汽車拆卸中心，專門研究開發汽車零部件的拆卸、再制造和再循環利用。美國軍隊的車輛和武器大量使用再制造部件，節約了軍用裝備的制造經費。
        車輛再制造在我國的研究應用尚處于起步階段，很多項目主要集中在再制造單項技術的研究和理論研究上，很少深入到汽車再制造的生產實踐中去。表面工程技術應用于汽車再制造將提升再制造的產品質量。目前裝甲兵工程學院正在建設國家級再制造技術科技重點實驗室，為裝備的再制造升級改造與延壽提供了研究基地與實驗平臺。國內的濟南、上海已經建立了汽車發動機的再制造生產線，形成了一定的再制造能力。北京昊蘭汽車修理廠也經過充分論證，正在建設汽車發動機再制造生產線，并與全軍裝備維修表面工程研究中心合作開展表面工程技術在汽車發動機再制造中的應用研究，進一步提高再制造產品的質量。
        三、汽車發動機再制造的關鍵技術
        再制造工程所需要的技術種類非常廣泛，其中各種表面技術和復合表面技術主要用來修復和強化廢舊零件的失效表面，是實施再制造的主要技術。由于廢舊零部件磨損和腐蝕等失效主要發生在表面，因此各種各樣的表面涂敷和改性技術應用的最多；納米涂層及納米減摩自修復技術是以納米材料為基礎，通過特定涂層工藝對表面進行高性能強化，或應用摩擦化學等理論在摩擦損傷表面原位形成自修復膜層的技術，也可以歸入表面技術之中；修復熱處理是通過恢復金屬內部組織結構來恢復零件的整體性能的特定工藝；再制造毛坯快速成型技術是根據要求的零件幾何信息，采用積分堆積原理和激光同軸掃描等方法進行金屬的熔融堆積、快速成型的技術；過時產品的性能升級技術不僅包括通過再制造使產品強化、延壽的各種方法，而且包括產品使用后的改裝設計，特別是引進高新技術使產品性能升級的各種方法。另外通用的各種機械加工和特種加工技術也經常使用。
        汽車再制造的關鍵是對發動機再制造。發動機再制造的關鍵是對發動機的主要零部件的再制造，這些零部件主要包括缸體、缸蓋、曲軸和連桿等，表面工程技術尤其是納米表面工程技術是零部件再制造的重要技術手段，應用納米電刷鍍技術、熱噴涂技術等先進表面技術將保證再制造產品的質量。
        （1）納米電刷鍍技術
        由于納米材料具有優異的力學性能，可用于制造超硬、高強、高韌超塑性材料和高性能陶瓷及高韌、高硬涂層，不僅能夠獲得質量優良的原材料，而且可以采用表面工程技術對零部件進行維修或再制造，獲得高性能的零件或備品配件。以納米金剛石和納米陶瓷為代表的納米硬粉，具有很高的硬度和較好耐高溫能力，在鍍層應用可以較大幅度改善電刷鍍鍍層的機械性能。通過將納米材料與高效的電刷鍍技術結合，并采用鎳包覆法對納米粉表面進行處理，可有效地提高納米粉在鎳基復合鍍層中的共沉積量，大大改善納米粉在鍍層中的均勻程度，解決納米粉在復合鍍層中難以均勻分散這一關鍵問題。在納米材料的彌散強化作用下，獲得的納米復合鍍層表現出比單一快速鎳刷鍍層更好的性能。例如含納米金剛石的復合鍍層在室溫高負荷下具有優良的抗疲勞和抗磨損性能。納米氧化鋁Ni/Ni+nano-Al2O3復合鍍層的使用溫度提高到400℃，復合鍍層的顯微硬度保持在600HV，微動磨損深度為快速鎳刷鍍層的1/4。納米復合電刷鍍技術可用于進行裝備零部件表面損傷的修復、新品零部件表面的強化和防護，有望在汽車發動機的軸承、軸類零件的磨損部位得到應用。
        （2）高速電弧噴涂技術
        電弧噴涂技術是熱噴涂技術的一種，也是表面工程的重要組成部分。該技術產生較早，興起于上世紀80年代。隨著噴涂設備、材料、工藝的迅速發展與更新，電弧噴涂科技已經成為目前熱噴涂領域中最引人注目的技術之一。
        全軍裝備維修表面工程研究中心在普通電弧噴涂槍的基礎上，根據氣體動力學的有關原理，對傳統電弧噴涂槍的流場進行優化設計，經過大量的試驗，成功地研制出高速電弧噴涂技術。采用高速電弧噴涂技術能夠制備耐磨涂層、防腐涂層、防滑涂層等各種性能的涂層，可以應用于磨損零件的修復和強化。
新型高速電弧噴涂與普通電弧噴涂相比，粒子速度顯著提高，霧化效果明顯改善；涂層的結合強度顯著提高，涂層的孔隙率和表面粗糙度低。高速電弧噴涂具有優質、高效、低成本的特點，在汽車發動機再制造中具有廣闊的應用前景。
        （3）納米固體潤滑干膜技術
        表面減摩技術的應用，能夠提高汽車裝備中的機械設備運行可靠性，延長使用壽命，減少維修次數。固體潤滑干膜技術是一種新型減摩技術，能夠在高溫、高負荷、超低溫、超高真空、強氧化還原和強輻射等環境條件下有效潤滑。
        納米固體潤滑技術通過在固體潤滑干膜中添加潤滑和抗磨作用的納米粒子，改善固體潤滑干膜的潤滑、耐磨損性能，能夠在常規油脂不宜使用的特殊環境下實現有效潤滑，并且沒有油脂潤滑所存在的污染及漏油等問題。如含有納米氧化鋁材料的固體潤滑干膜的耐磨性提高了2-5倍。納米固體潤滑膜可以用到幾乎所有的摩擦部件上而不需要改變部件的尺寸，而且還具有優良的防腐蝕性能和動密封性能，能起到防止機械振動和減少機械噪聲的作用。目前已經在一些重載車輛中使用了具有良好耐磨、減摩和防腐性能的納米固體潤滑干膜，取得明顯效果。
        （4）其他技術
        劃傷快速填補技術是利用微區脈沖點焊設備和專用材料，對零部件的損傷部位進行快速修復的技術。該技術通過高能電脈沖產生高溫，使補材在經過預處理的待修表面上熔化，實現二者的微區焊接，能夠對均勻磨損、溝槽和特形表面棱邊損傷等進行快速修復。
        另外超音速等離子噴涂技術、納米減摩原位動態自修復技術等在汽車發動機再制造中也將能發揮重要的作用。超音速等離子噴涂以等離子弧為熱源，可以將微納米陶瓷粉、復合粉等多種噴涂材料加熱到熔融狀態，利用超音速射流沉積得到結合強度高、孔隙率低的高質量涂層，在修復強化零件方面有廣泛的應用前景。納米減摩原位動態自修復技術通過在潤滑油中加入納米減摩添加劑，在摩擦化學作用下原位動態修復零件表面微損傷，能夠有效降低摩擦、減小磨損、降低油耗、提高發動機的有效功率，能夠用于提高再制造發動機的性能，延長使用壽命。
        四、結束語
        汽車發動機的再制造與維護保養和大修有著本質的區別，需要應用各種高新技術實現節約資源、提高性能和質量，還有待進行大量深入細致的研究工作。再制造工程的發展要走產業化、高技術化的道路，建立嚴格的管理檢測機制，確保再制造產品的性能和質量，才能使再制造工程得到健康的發展，并發揮良好的作用，產生巨大的經濟效益、社會效益和環境資源效益。