能比較明顯減少活塞環(huán)磨損的方法是進行表面處理。現(xiàn)在采用的表面處理方法很多,就其作用而言,可歸納為以下三大類:
提高表面硬度以減少磨料磨損。即在環(huán)的工作表面上形成一種非常硬的金屬層,使松軟的鑄鐵磨料不易嵌入其表面,提高環(huán)的耐磨性。現(xiàn)在最廣泛采用的是松孔鍍鉻,不僅鍍鉻層硬度很高(HV800~1000),摩擦系數(shù)很小,而且松孔鍍鉻層具有良好的貯油結(jié)構(gòu),因此能顯著提高活塞環(huán)的耐磨性。另外,鍍鉻成本低,穩(wěn)定性好,在大多數(shù)情況下均具有較好使用性能。因此,現(xiàn)代汽車發(fā)動機的第一道環(huán)都使用鍍鉻環(huán),而油環(huán)也幾乎百分之百使用鍍鉻環(huán)。實踐證明,活塞環(huán)鍍鉻后,不僅其本身的磨損小,而且其它沒有鍍鉻的活塞環(huán)和缸套磨損也小。
對高速或強化發(fā)動機來說,其活塞環(huán)不僅要外圓表面鍍鉻,而且上下端面也要鍍鉻,減少端面磨損,所有環(huán)組外園面最好全部鍍鉻,以減少整個活塞環(huán)組的磨損。
改善活塞環(huán)工作表面的貯油能力和抗熔著能力以防熔著磨損。活塞環(huán)工作表面上的潤滑油膜在高溫下被破壞,有時會形成干摩擦,如果在活塞環(huán)表面施加一層具有貯存機油及抗熔著的表面覆層,則能減少熔著磨損,提高環(huán)的抗拉缸能力。活塞環(huán)噴鉬就具有極高的抗熔著磨損能力。一方面由于噴鉬層是多孔組織的貯油結(jié)構(gòu)覆層;另一方面鉬的熔點比較高(2630℃),干摩擦?xí)r仍能有效地工作。在這種情況下,噴鉬環(huán)比鍍鉻環(huán)有更高的抗熔著能力。
改善初期磨合的表面處理。這種表面處理是在活塞環(huán)表面覆蓋一層適當(dāng)軟度、富有彈性的易損物質(zhì),使環(huán)與汽缸套突出部分相接觸而加速磨損,從而縮短磨合期,使環(huán)良好地進入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。目前較普遍采用的是磷化處理。在活塞環(huán)表面上形成一種質(zhì)地柔軟、易于磨損的磷化膜,由于磷化處理所需設(shè)備簡單、操作方便、成本低、效率高,所以在小型發(fā)動機的活塞環(huán)工藝上普遍采用。另外,鍍錫和氧化處理也可改善初期磨合。
在活塞環(huán)表面處理中,鍍鉻和噴鉬是最普遍采用的方法。另外,根據(jù)發(fā)動機種類、結(jié)構(gòu)、用途及工況不同也有采用其他的表面處理方法的,如軟氮化處理、硫化處理、填充四氧化三鐵等。
活塞環(huán)的磨損是一種比較復(fù)雜的現(xiàn)象,形成因素很多,而且往往復(fù)雜交織在一起,因此,在解決活塞環(huán)磨損問題時,必須全面分析各種因素,以便在設(shè)計、材料、制造工藝、表面處理和潤滑劑等方面合理安排,最終達到滿意的效果。