SUMEBore®内孔等离子喷涂工艺在发动机缸孔润滑及轻量化上的应用

汽车轻量化设计是汽车工业发展的趋势，一方面，轻量化可以有效降低尾气排放量；另一方面，汽车轻量化设计有利于提高整车燃油经济性、车辆控制稳定性、安全性等性能水平。因此，各大发动机制造商将研发重心放在了节能减排上，而内孔等离子喷涂技术则是实施节能减排的一项有效措施。

工艺概况

SUMEBore®内孔等离子喷涂工艺是一种采用大气等离子喷涂工艺，将粉末状材料涂覆在气缸运行内表面的技术，其系统如图1所示。该技术通过选择不同的喷涂粉末可以实现低摩擦、低油耗、高耐磨性和高耐腐蚀性的目标。同时，该技术在针对高端二手发动机、高端商用车柴油机发动机缸套的再制造过程同样有着十分重要的作用。与维修不同的是，利用内孔等离子喷涂工艺对发动机缸套进行再制造不会产生污染，同时还可以最大程度地挖掘产品价值，喷涂过程如图2所示。

图1  欧瑞康美科SUMEBore®内孔等离子喷涂系统

SUMEBore®内孔等离子喷涂工艺是无缸套技术的一种。该技术在国外高端汽车品牌已经获得了成熟运用，例如布加迪、保时捷、阿斯顿马丁、大众及奥迪等汽车发动机，斯堪尼亚卡车柴油机都己经运用了这种技术。

图2 内孔等离子喷涂过程

润滑原理及特性

缸孔涂层在珩磨后会形成具有开放且分散的多孔表面。这些平缓圆整的小孔减小了燃油在燃烧室和活塞环的暴露面积；同时减轻了刮油环的切向力，使活塞环更顺畅地进入流体动力学状态，从而显著降低摩擦阻力和磨损，并进一步降低了油耗和窜气的可能性。

SUMEBore®特殊的多孔表面储油结构的优势在于它的持续性。以平顶珩磨工艺来说，其网纹结构会在珩磨和工作磨损过程中被磨掉（图3），从而失去储油能力，进而导致工件磨损加剧。而SUMEBore®多孔表面储油结构随着工作磨损，当涂层厚度逐渐减小时，新的润滑孔又会出现在涂层表面，形成微型润滑袋，保证了储油能力和润滑性能的可持续性。

图3 缸孔表面形貌对比

通常来说，缸套经珩磨后涂层厚度在120～150µm之间，与铸铁缸套相比，薄壁涂层大大改善了气缸内孔与气缸体间的热能传导，并且能够提高热能排放效率，改善燃烧过程中的抗撞性。即使在采用劣质燃油的情况下也可以提高设备的耐腐蚀性。缸孔涂层的工作状态如图4所示。

图4 缸孔涂层的工作状态

国内使用情况

2018年6月27日，国际领先的汽车发动机气缸体、汽车零部件OEM厂商--成都正恒动力股份有限公司（以下简称“正恒动力”）正式成为欧瑞康美科SUMEBore®内孔等离子喷涂解决方案在华的第一家用户。并采用了欧瑞康美科为其提供的从粉末、设备再到工艺开放的全套定制化的SUMEBore®内孔等离子喷涂解决方案。

正恒动力技术团队在对发动机缸孔等离子喷涂设备的验收过程中，深入学习了缸孔等离子喷涂的工艺流程、过程控制及涂层性能分析等相关技术（图5），以实现发动机缸孔低摩擦、低油耗、高耐磨和耐腐蚀的目标，提高发动机性能，实现发动机轻量化。

图5 正恒动力技术人员与欧瑞康美科国外技术人员沟通

欧瑞康美科研发的SUMEBore®内孔等离子喷涂技术是一种十分成熟的喷涂工艺，同时特别适应中国市场需求和汽车行业的发展趋势，可以有效帮助汽车节能减排，并延长发动机的使用寿命。