铝活塞凭借轻量化、导热性好的优势广泛应用于内燃机,但其表面硬度低、耐磨性与耐腐蚀性不足,需通过阳极氧化和喷涂技术强化性能,满足高温、高压、高摩擦的工作环境。
阳极氧化是铝活塞的基础表面处理工艺,以活塞为阳极,置于硫酸、草酸等电解液中通电,使铝表面生成致密的氧化铝陶瓷膜。该工艺通过调控电流密度、电解液浓度和温度,可精准控制膜层厚度(通常 5-20μm)。氧化膜兼具多孔性与硬度,孔隙中填充润滑油后能形成 “储油 - 润滑” 体系,大幅提升活塞裙部的耐磨性;同时,氧化膜化学稳定性强,可抵御燃油、冷却液的腐蚀,且不影响活塞的导热性能,避免工作时局部过热。不过,阳极氧化膜脆性较大,抗冲击能力有限,多用于乘用车、小型发动机活塞的非关键摩擦面。
喷涂技术则针对大功率发动机活塞的高负荷区域(如顶部、环槽),通过高温热源将涂层材料熔融后喷射沉积在活塞表面,形成高性能防护层。主流工艺包括等离子喷涂、火焰喷涂,常用材料有陶瓷基复合粉(氧化铝 - 氧化锆)、金属陶瓷粉(镍基碳化钨)。陶瓷涂层耐高温、隔热性优异,可降低活塞顶部热负荷,提升发动机热效率;金属陶瓷涂层硬度高达 HV1000 以上,耐磨性是阳极氧化膜的 3-5 倍,能承受活塞环的剧烈摩擦。喷涂工艺的优势在于涂层与基体结合力强,可适应复杂工况,但成本高于阳极氧化,且需严格控制喷涂参数,防止涂层开裂、脱落。
实际生产中,铝活塞常采用 “阳极氧化 + 局部喷涂” 的复合工艺,兼顾性价比与性能需求,是内燃机活塞表面强化的核心技术方案。