鋁活塞憑借輕量化、導熱性好的優勢廣泛應用于內燃機,但其表面硬度低、耐磨性與耐腐蝕性不足,需通過陽極氧化和噴涂技術強化性能,滿足高溫、高壓、高摩擦的工作環境。
陽極氧化是鋁活塞的基礎表面處理工藝,以活塞為陽極,置于硫酸、草酸等電解液中通電,使鋁表面生成致密的氧化鋁陶瓷膜。該工藝通過調控電流密度、電解液濃度和溫度,可精準控制膜層厚度(通常 5-20μm)。氧化膜兼具多孔性與硬度,孔隙中填充潤滑油后能形成 “儲油 - 潤滑” 體系,大幅提升活塞裙部的耐磨性;同時,氧化膜化學穩定性強,可抵御燃油、冷卻液的腐蝕,且不影響活塞的導熱性能,避免工作時局部過熱。不過,陽極氧化膜脆性較大,抗沖擊能力有限,多用于乘用車、小型發動機活塞的非關鍵摩擦面。
噴涂技術則針對大功率發動機活塞的高負荷區域(如頂部、環槽),通過高溫熱源將涂層材料熔融后噴射沉積在活塞表面,形成高性能防護層。主流工藝包括等離子噴涂、火焰噴涂,常用材料有陶瓷基復合粉(氧化鋁 - 氧化鋯)、金屬陶瓷粉(鎳基碳化鎢)。陶瓷涂層耐高溫、隔熱性優異,可降低活塞頂部熱負荷,提升發動機熱效率;金屬陶瓷涂層硬度高達 HV1000 以上,耐磨性是陽極氧化膜的 3-5 倍,能承受活塞環的劇烈摩擦。噴涂工藝的優勢在于涂層與基體結合力強,可適應復雜工況,但成本高于陽極氧化,且需嚴格控制噴涂參數,防止涂層開裂、脫落。
實際生產中,鋁活塞常采用 “陽極氧化 + 局部噴涂” 的復合工藝,兼顧性價比與性能需求,是內燃機活塞表面強化的核心技術方案。