汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)

 一、前言
        再制造工程是正在發(fā)展中的一個(gè)新興研究領(lǐng)域和新興產(chǎn)業(yè)。再制造工程運(yùn)用先進(jìn)表面技術(shù)、復(fù)合表面技術(shù)等多種高新技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方式、嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量管理和市場(chǎng)管理模式，使廢舊產(chǎn)品得以高質(zhì)量的再生，創(chuàng)造新的價(jià)值，是符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。我國(guó)有幾萬(wàn)億的設(shè)備資產(chǎn)，每年因磨損和腐蝕而使設(shè)備停產(chǎn)、報(bào)廢所造成的損失都愈千億元，與人民生活密切相關(guān)的汽車(chē)、家電、電腦等產(chǎn)品的報(bào)廢數(shù)量更是驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)1996年全球就有2400萬(wàn)輛汽車(chē)報(bào)廢，到2004年僅美國(guó)就將有3.15億臺(tái)計(jì)算機(jī)被廢棄，整個(gè)人類(lèi)的生存環(huán)境面臨日益增長(zhǎng)的產(chǎn)品廢棄物的壓力。面對(duì)如此大量報(bào)廢產(chǎn)品的處理，如何盡量減少材料和能源的浪費(fèi)，減少環(huán)境污染，最大限度地重新利用資源，已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。再制造工程是解決資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和廢舊產(chǎn)品翻新改造的最佳方法和途徑之一。因此大力發(fā)展再制造技術(shù)已經(jīng)是許多有識(shí)之士的共識(shí)，國(guó)內(nèi)外對(duì)再制造工程的研究越來(lái)越多。
        二、汽車(chē)再制造工程
        汽車(chē)零部件的再制造研究較早，在國(guó)外已經(jīng)形成了規(guī)模相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)。美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)（SAE）多次舉辦以“再制造”為主題的學(xué)術(shù)會(huì)議，并對(duì)一些具體零部件（如離合器、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)向器等）的再制造制定了標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品再制造協(xié)會(huì)（PERA）每月都出版關(guān)于再制造產(chǎn)品市場(chǎng)、銷(xiāo)售、生產(chǎn)和管理的快報(bào)，并主辦《汽車(chē)再制造雜志》。美國(guó)福特汽車(chē)公司正在建立一個(gè)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(chē)公司結(jié)成回收聯(lián)盟，建立汽車(chē)拆卸中心，專(zhuān)門(mén)研究開(kāi)發(fā)汽車(chē)零部件的拆卸、再制造和再循環(huán)利用。美國(guó)軍隊(duì)的車(chē)輛和武器大量使用再制造部件，節(jié)約了軍用裝備的制造經(jīng)費(fèi)。
        車(chē)輛再制造在我國(guó)的研究應(yīng)用尚處于起步階段，很多項(xiàng)目主要集中在再制造單項(xiàng)技術(shù)的研究和理論研究上，很少深入到汽車(chē)再制造的生產(chǎn)實(shí)踐中去。表面工程技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)再制造將提升再制造的產(chǎn)品質(zhì)量。目前裝甲兵工程學(xué)院正在建設(shè)國(guó)家級(jí)再制造技術(shù)科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，為裝備的再制造升級(jí)改造與延壽提供了研究基地與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。國(guó)內(nèi)的濟(jì)南、上海已經(jīng)建立了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的再制造生產(chǎn)線，形成了一定的再制造能力。北京昊蘭汽車(chē)修理廠也經(jīng)過(guò)充分論證，正在建設(shè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造生產(chǎn)線，并與全軍裝備維修表面工程研究中心合作開(kāi)展表面工程技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造中的應(yīng)用研究，進(jìn)一步提高再制造產(chǎn)品的質(zhì)量。
        三、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造的關(guān)鍵技術(shù)
        再制造工程所需要的技術(shù)種類(lèi)非常廣泛，其中各種表面技術(shù)和復(fù)合表面技術(shù)主要用來(lái)修復(fù)和強(qiáng)化廢舊零件的失效表面，是實(shí)施再制造的主要技術(shù)。由于廢舊零部件磨損和腐蝕等失效主要發(fā)生在表面，因此各種各樣的表面涂敷和改性技術(shù)應(yīng)用的最多；納米涂層及納米減摩自修復(fù)技術(shù)是以納米材料為基礎(chǔ)，通過(guò)特定涂層工藝對(duì)表面進(jìn)行高性能強(qiáng)化，或應(yīng)用摩擦化學(xué)等理論在摩擦損傷表面原位形成自修復(fù)膜層的技術(shù)，也可以歸入表面技術(shù)之中；修復(fù)熱處理是通過(guò)恢復(fù)金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)來(lái)恢復(fù)零件的整體性能的特定工藝；再制造毛坯快速成型技術(shù)是根據(jù)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(jìn)行金屬的熔融堆積、快速成型的技術(shù)；過(guò)時(shí)產(chǎn)品的性能升級(jí)技術(shù)不僅包括通過(guò)再制造使產(chǎn)品強(qiáng)化、延壽的各種方法，而且包括產(chǎn)品使用后的改裝設(shè)計(jì)，特別是引進(jìn)高新技術(shù)使產(chǎn)品性能升級(jí)的各種方法。另外通用的各種機(jī)械加工和特種加工技術(shù)也經(jīng)常使用。
        汽車(chē)再制造的關(guān)鍵是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造。發(fā)動(dòng)機(jī)再制造的關(guān)鍵是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)尤其是納米表面工程技術(shù)是零部件再制造的重要技術(shù)手段，應(yīng)用納米電刷鍍技術(shù)、熱噴涂技術(shù)等先進(jìn)表面技術(shù)將保證再制造產(chǎn)品的質(zhì)量。
        （1）納米電刷鍍技術(shù)
        由于納米材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可用于制造超硬、高強(qiáng)、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(zhì)量?jī)?yōu)良的原材料，而且可以采用表面工程技術(shù)對(duì)零部件進(jìn)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(yīng)用可以較大幅度改善電刷鍍鍍層的機(jī)械性能。通過(guò)將納米材料與高效的電刷鍍技術(shù)結(jié)合，并采用鎳包覆法對(duì)納米粉表面進(jìn)行處理，可有效地提高納米粉在鎳基復(fù)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(fù)合鍍層中難以均勻分散這一關(guān)鍵問(wèn)題。在納米材料的彌散強(qiáng)化作用下，獲得的納米復(fù)合鍍層表現(xiàn)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(fù)合鍍層在室溫高負(fù)荷下具有優(yōu)良的抗疲勞和抗磨損性能。納米氧化鋁Ni/Ni+nano-Al2O3復(fù)合鍍層的使用溫度提高到400℃，復(fù)合鍍層的顯微硬度保持在600HV，微動(dòng)磨損深度為快速鎳刷鍍層的1/4。納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)可用于進(jìn)行裝備零部件表面損傷的修復(fù)、新品零部件表面的強(qiáng)化和防護(hù)，有望在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承、軸類(lèi)零件的磨損部位得到應(yīng)用。
        （2）高速電弧噴涂技術(shù)
        電弧噴涂技術(shù)是熱噴涂技術(shù)的一種，也是表面工程的重要組成部分。該技術(shù)產(chǎn)生較早，興起于上世紀(jì)80年代。隨著噴涂設(shè)備、材料、工藝的迅速發(fā)展與更新，電弧噴涂科技已經(jīng)成為目前熱噴涂領(lǐng)域中最引人注目的技術(shù)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(chǔ)上，根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)的有關(guān)原理，對(duì)傳統(tǒng)電弧噴涂槍的流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，成功地研制出高速電弧噴涂技術(shù)。采用高速電弧噴涂技術(shù)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(yīng)用于磨損零件的修復(fù)和強(qiáng)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(jié)合強(qiáng)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(yōu)質(zhì)、高效、低成本的特點(diǎn)，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造中具有廣闊的應(yīng)用前景。
        （3）納米固體潤(rùn)滑干膜技術(shù)
        表面減摩技術(shù)的應(yīng)用，能夠提高汽車(chē)裝備中的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，減少維修次數(shù)。固體潤(rùn)滑干膜技術(shù)是一種新型減摩技術(shù)，能夠在高溫、高負(fù)荷、超低溫、超高真空、強(qiáng)氧化還原和強(qiáng)輻射等環(huán)境條件下有效潤(rùn)滑。
        納米固體潤(rùn)滑技術(shù)通過(guò)在固體潤(rùn)滑干膜中添加潤(rùn)滑和抗磨作用的納米粒子，改善固體潤(rùn)滑干膜的潤(rùn)滑、耐磨損性能，能夠在常規(guī)油脂不宜使用的特殊環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑，并且沒(méi)有油脂潤(rùn)滑所存在的污染及漏油等問(wèn)題。如含有納米氧化鋁材料的固體潤(rùn)滑干膜的耐磨性提高了2-5倍。納米固體潤(rùn)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(yōu)良的防腐蝕性能和動(dòng)密封性能，能起到防止機(jī)械振動(dòng)和減少機(jī)械噪聲的作用。目前已經(jīng)在一些重載車(chē)輛中使用了具有良好耐磨、減摩和防腐性能的納米固體潤(rùn)滑干膜，取得明顯效果。
        （4）其他技術(shù)
        劃傷快速填補(bǔ)技術(shù)是利用微區(qū)脈沖點(diǎn)焊設(shè)備和專(zhuān)用材料，對(duì)零部件的損傷部位進(jìn)行快速修復(fù)的技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)高能電脈沖產(chǎn)生高溫，使補(bǔ)材在經(jīng)過(guò)預(yù)處理的待修表面上熔化，實(shí)現(xiàn)二者的微區(qū)焊接，能夠?qū)鶆蚰p、溝槽和特形表面棱邊損傷等進(jìn)行快速修復(fù)。
        另外超音速等離子噴涂技術(shù)、納米減摩原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)技術(shù)等在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造中也將能發(fā)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(fù)合粉等多種噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)，利用超音速射流沉積得到結(jié)合強(qiáng)度高、孔隙率低的高質(zhì)量涂層，在修復(fù)強(qiáng)化零件方面有廣泛的應(yīng)用前景。納米減摩原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)技術(shù)通過(guò)在潤(rùn)滑油中加入納米減摩添加劑，在摩擦化學(xué)作用下原位動(dòng)態(tài)修復(fù)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(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，能夠用于提高再制造發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，延長(zhǎng)使用壽命。
        四、結(jié)束語(yǔ)
        汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的再制造與維護(hù)保養(yǎng)和大修有著本質(zhì)的區(qū)別，需要應(yīng)用各種高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、提高性能和質(zhì)量，還有待進(jìn)行大量深入細(xì)致的研究工作。再制造工程的發(fā)展要走產(chǎn)業(yè)化、高技術(shù)化的道路，建立嚴(yán)格的管理檢測(cè)機(jī)制，確保再制造產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，才能使再制造工程得到健康的發(fā)展，并發(fā)揮良好的作用，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境資源效益。