下面重点介绍几种常用的表面工程技术。
2.1 热喷涂
热喷涂法不仅能使零件具有耐磨、耐蚀、耐氧化、耐高温、隔热等不同功能，而且能使它具有复合性能，即能保护零件，又能修复零件。目前，在发动机中，主要用于曲轴、活塞顶部、活塞环、气缸套、排气门、阀座、凸轮、齿轮等零件的表面处理和修复，表1给出了采用热喷涂修复发动机缸体及更换新件的经济效益对比，由表可见，热喷涂3Cr13材料修复仅需花费新件成本的4.2％。
表1 热喷涂3Cr13经济效益分析
在发动机中，用于提高零件表面耐磨性的喷涂材料主要有下列几种：
1）钼。钼作为喷涂材料，其纯度需在99.95%以上。钼主要作为活塞环的喷层，它可以得到具有氧化物层的层状钼层和大约10%~15%的孔隙率，其喷涂层厚度一般为0.25mm，具有良好的储油性能。钼层熔点高（约为2620℃）、摩擦系数低、硬度高（HV1070左右）。因此耐磨性好，一般用在第一道活塞环处。
2）钼基合金。钼基合金的等离子喷涂层的特点是抗拉缸性好，因为它是由低硬度的纯钼（HV350）和硬度相当高的（HV700）镍基合金两相组成。其热稳定性优于钼丝喷涂层，耐磨性能相当于镀铬，特别是在润滑条件不够充分时。
3）铬基合金。铬基合金等离子喷涂层不仅在边界条件下的耐磨性及抗咬和性能较好，而且还能提高配磨材料的耐磨性，可同时提高缸套和活塞环的耐磨性[11]。在边界润滑条件下，这种涂层的活塞环比镀铬还更耐磨，因此，可做高速、中速和低速发动机活塞环的涂层材料。
4）陶瓷。陶瓷涂层如氧化铬和氧化铝/二氧化钛硬度较高（HV1500），在一定条件下，活塞环的耐磨性能好，但对缸套磨损却很大，因此，只能在特殊要求的情况下使用。
5）金属陶瓷。金属陶瓷是比较复杂的，它是以碳化物为基（如碳化钨）的涂层，即使在恶劣的运转条件下，不但活塞环的磨损低，缸套的磨损也低。但金属陶瓷很贵。在发动机中，一般将陶瓷喷在排气阀面、活塞顶面、活塞环工作面上。
6）镍基合金。镍基合金有Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si系。镍基合金涂层除耐磨性较好外，还有很好的抗蚀性和较高的热硬性。主要用于发动机活塞环、阀座、阀门、凸轮的喷焊（也用于修复），以提高这些零件的耐磨性。
7）高碳钢与不锈钢。高碳钢，如碳素工具钢T8常用于修复并强化发动机铸钢，球墨铸铁轴颈表面的线材气喷、电喷涂。而不锈钢由于具有优越的耐蚀性、耐热性，而用于气缸套内表面的喷涂（火焰喷），具有很好的效果。
2.2 电刷镀修复
发动机凸轮轴轴颈的主要失效方式是磨损或划伤，以前凸轮轴轴颈出现磨损或划伤一般就报废了，或者采用加厚轴瓦的办法磨削轴颈后使用，给用户的维修带来很大的麻烦。电刷镀技术具有设备简单、操作方便、安全可靠、镀积速度快的特点，用于修复凸轮轴轴颈取得明显效果。表2给出了采用电刷镀纳米Al2O3/Ni修复发动机轮轴和连杆的效益分析，电刷镀技术可大大降低维修成本。
表2 电刷镀n-Al2O3/Ni经济效益分析
2.3 挤渗碳化硅
挤渗碳化硅工艺是把碳化硅微粒直接挤渗到金属表面层，在其表面呈非连续分布。这种方法的主要特点是工艺简单、生产效率高、成本低廉、无污染、无须特殊设备。因此，它是一种很有前途的新工艺。主要用于提高发动机气缸套、活塞环的耐磨性，特别对高强载发动机更有效。
2.4 镀铬
镀铬工艺主要用于提高发动机零件的耐磨损与耐腐蚀性，如曲轴轴颈，十字头轴颈，活塞销、活塞环槽，活塞杆、缸套、活塞环、气阀及阀杆镀铬、油泵柱塞和套筒。目前，发动机零部件中常用的耐磨镀铬有两种，硬质镀铬和松孔镀铬。
硬质镀铬是指硬度较高而又耐磨的光亮镀铬层，它主要用于润滑条件较好，负荷又不很大的条件下，一般镀层厚度为0.03~0.3mm，最厚可达到1.0mm。
松孔镀铬主要用于润滑不良，承受载荷较大的零件如发动机缸套、活塞环、十字头销等。
2.5 氮化
氮化有三种：（1）普通氮化，指纯粹氮原子的渗入；（2）软氮化，盐浴液体软氮化，含有活性氮、碳原子的气体介质中的气体软氮化及离子软氮化（包括加钛离子氮化）；（3）辉光离子氮化。
目前，最常用和最有发展前途的是离子软氮化和辉光离子氮化。它们主要用来提高发动机零件如曲轴轴颈、缸套、活塞环、凸轮轴、进排气阀、气门挺杆等的耐磨性、耐疲劳和耐腐蚀等。
2.6 激光加热表面淬火
激光加热用于钢和铸铁零件表面淬火，以提高其耐磨性。美国GM645系列柴油机，为了解决缸套气口的拉伤和提高其耐磨性，对气口部位曾分别进行过氮化、感应加热淬火和火焰淬火等处理，但由于处理面很大、温度高，出现了严重变形，甚至发生裂纹，最后用激光加热表面淬火处理，取得了良好的效果[12]。激光加热淬火的气缸活塞环在我国已有应用，而且反映良好。该方法的特点是工艺简单、变形很小（如对缸套表面淬火，局部温度可达916℃，其它部位温度低于200℃，因此变形很小）。
2.7 喷丸加工
喷丸加工法不需改变零部件的形状、材料、热处理，而且易于提高强度，特别是疲劳强度，因此，在发动机中已有很多应用，目前主要应用于曲轴、连杆、气阀弹簧、摇臂及传动齿轮等部位。经喷丸加工后的强化层可达0.5~0.6mm，表面硬度可达HRC40~50左右。
2.8 冷压光加工
作为光整和表面强化的手段，冷压光加工在生产中得到了日益广泛的应用，以改善其零件表层的质量（粗糙度、冷硬程度、冷硬层深度、残余应力的性质和大小）。在发动机中主要用于气缸套、活塞销孔、连杆小头铜衬套、气阀导管、阀杆表面、凸轮轴颈、曲轴轴颈，特别是曲柄臂过渡圆的最后精加工，用以降低表面粗糙度及其强化并呈现残余压应力。
3 结 论
综上所述，由于发动机零部件的工作条件复杂，损坏常常是几种失效形式的复合，对零部件表面性能的要求往往不是单一的。因此，只有根据零部件的工况条件和失效特点正确选用表面强化方法，才能达到延长零部件的使用寿命和节约材料的目的。
(中国工程机械动力部件网)
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