二、活塞環的表面處理

      活塞環的表面處理在現代活塞環技術中占有很大的比重，回顧活塞環的表面處理技術的發展過程，實際上是一個從易到難，從簡單到復雜，從單一性能到綜合性能的演變過程。活塞環表面復層的方法很多，可歸納為二大類：其一，以改善環的初期磨合性能，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，以延長活塞環壽命為目的的，稱耐磨型，主要是鉻、鉬等。對于高負荷、高速發動機主要是第二類。活塞環表面處理種類很多，常用的有：

1、磷化處理

      磷化是指在活塞環表面通過磷酸鹽處理，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。其優點是具有柔軟、存油等性質，能改善磨合和抗拉缸性能，有防蝕、防銹作用。磷化處理所需設備簡單、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上。

3、噴鉬

      由于鍍鉻環的耐熔著性能不能滿足發動機日益強化的需要，一種新的復層——噴鉬，發展起來。噴鉬是利用噴鎗將純金屬鉬絲熔化后噴成極細的鉬粒，噴涂在予先開有凹槽的活塞環工作表面上。其特點有：

（1）耐熔著性能

      噴鉬環始終具有良好的耐熔著性能，例如柴油發電機運行2萬小時，噴鉬環仍毫無故障，而鍍鉻環已出現嚴重的熔著現象。

（2）耐磨料磨損性能

      噴鉬層特別具有多孔性，能獲得良好的潤滑條件，噴鉬層中的質點硬度較高。但噴鉬環和鍍鉻環的耐磨損性能，孰優孰劣？要看特定的使用和試驗條件、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，以采用鍍鉻環為佳，在可能產生熔著的情況下采用噴鉬環為宜。但是，在強化發動機中實際發生的磨損中一般以熔著磨損最大，而熔著磨損產生的碎屑又會引起磨料磨損，就這種磨料磨損而言，噴鉬環仍優于鍍鉻環。

（3）耐腐蝕性能

      噴鉬環有足夠的耐蝕性，比鍍鉻環略好一些。

（4）磨合性與密封性

      由于鉬環的多孔結構（可貯油和脆性），它的磨合性能較鍍鉻環好，使摩擦損失減少；同時，其貯油特性有利于密封。噴鉬層的厚度，據資料介紹，噴鉬壓縮環鉬層厚度一般為0.10～0.20 mm，最小可用0.05 mm，對于重載發動機可取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，縮短磨合時間，最近還有對鍍鉻環表面再鍍錫的做法。既可改善初期磨合性，又耐磨提高環的使用壽命。

6、氮化處理

      氮化是指在活塞環的表面滲氮，生成氮化鐵硬化層。氮化的優點是提高表面硬度，降低摩擦，增強耐磨性；抗腐蝕性能好，導熱性能優良；有一定的抗熔著磨損性能。

7、鍍鉻處理

      隨著發動機不斷強化，對活塞環耐磨性要求提高，鍍鉻環的使用也隨之增多，鍍鉻技術也不斷創新，如刷鍍技術、旋轉鍍鉻技術、長筒鍍鉻技術、高低液槽位鍍鉻循環和周期換向電鍍技術等得以發展。鍍鉻環對提高活塞環耐磨性是一項很有效的措施，材料結構如圖5所示。

（1）鍍鉻層硬度比鑄鐵高，達HV850～950，能抵制磨料磨損；

（2）熔點比鑄鐵高，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存小量的機油，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，導熱系數好以致能成功地與鑄鐵或鋼質缸套相配（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表面處理的新技術，其中等離子噴涂更處于發展階段，噴涂層具有多孔性和比鉻更高的熔點，具有更好的抗咬合性能，耐磨鍍層結構如圖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，還出現鍍鉻表面再噴鉬的方法，顯示出噴涂耐磨材料發展的前景廣闊。

      活塞環表面處理技術的長足進步和廣泛應用勢將繼續下去，如活塞環表面多元素的復合鍍，有機高分子材料的復合涂層技術等正在試驗發展中。

三、活塞環常見截面形狀及功用

       柴油發電機的活塞環應具備高的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、貯油性、磨合性、導熱性、強韌性、彈性和易加工性等，因而活塞環采用優質灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶制成。通常對第一道氣環外圓面的表面進行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鍍鉻層硬度高，并能儲存少量潤機油，有利于改善潤滑和減輕磨損。鉬的熔點很高，也具有多孔性，因此，噴鉬同樣可以提高活塞環的耐磨性。其他各道活塞環大多采用鍍錫或磷化處理，以改善其磨合性。但是，鋼帶組合油環的上下刮片，其外圓面均進行多孔鍍鉻處理。

1、矩形平環

      最基本的壓縮環，特點是結構簡單，用于低速、低負荷發動機。如圖7所示。

2、桶面環

      能適應活塞的擺動，運動中能有效形成動壓潤滑，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，用于各種中、高速發動機壓縮環。如圖8所示。

3、梯形環

      梯形環的徑向運動可將環槽中的積碳擠出，有效防止環結膠卡死，用于各種高速、高負荷、大功率發動機壓縮環。如圖9所示。

4、矩形錐面環

      錐面與氣缸接觸面積小，能縮短初期磨合。向上運動能有效布油，向下運動能有效刮油，具有良好的控油性能，用于各種型號的發動機。如圖10所示。

5、內倒角（止口）正扭曲環

      裝入氣缸后因內力矩不平衡而產生正扭曲，外圓面下側與缸壁接觸，具有錐面環功效，上端面外側與上環槽接觸，下端面內側與下環槽接觸，對由上而下的氣體具有良好的密封作用。如圖11所示。

6、內倒角（止口）反扭曲環

      裝入氣缸后因內力矩不平衡而產生反扭曲，下端面外側與下環槽接觸，上端面內側與上環槽接觸，對由下而上的機油控制效果較好。如圖12所示。

7、鼻形（止口）錐面環

      綜合了錐面環與正扭曲環的優點，同時鼻形（止口）在刮油時具有泄壓作用，刮油能力強。如圖13所示。

8、普通油環

      最基本的油環，用于低速、低負荷發動機。

9、螺旋撐簧油環

      彈力主要由螺旋彈簧提供，其面壓較高、持久性強；同時，環體具有良好的柔性，因而螺旋撐簧油環有較強的控油能力，用于各種中、高速發動機。如圖14所示。

10、鋼帶組合油環

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