謝孟杰

摘要：內(nèi)燃機(jī)材料是機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，在生產(chǎn)與制造中承載著舉足輕重的作用。眾所周知，內(nèi)燃機(jī)屬于動力裝置，其組成與結(jié)構(gòu)也并不十分復(fù)雜。內(nèi)燃機(jī)材料是保證內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，靈活實用的零部件有助于提升內(nèi)燃機(jī)使用壽命，提升內(nèi)燃機(jī)材料綜合性能也是我們追求和發(fā)展的，目前，機(jī)械材料的相關(guān)研究層出不窮，新材料研發(fā)與制造也對材料科學(xué)發(fā)展起著強(qiáng)有力的推動作用。本文將結(jié)合機(jī)械材料中內(nèi)燃機(jī)材料的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用展開討論，希望能夠促進(jìn)相關(guān)研究和生產(chǎn)不斷發(fā)展，有效提升內(nèi)燃機(jī)工作效率和使用壽命。

關(guān)鍵詞：機(jī)械材料;內(nèi)燃機(jī)材料;發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用

新時期以來，生產(chǎn)與制造業(yè)發(fā)展自動化、智能化，需要大量的內(nèi)燃機(jī)提供動力支持，而相關(guān)內(nèi)燃機(jī)材料研究也應(yīng)當(dāng)與時俱進(jìn)，在研發(fā)過程與應(yīng)用中增強(qiáng)實用性能，有效延長其使用壽命。眾所周知，內(nèi)燃機(jī)使用損耗高，對材料的需求也在日益增強(qiáng)，耐磨、耐腐蝕、耐高溫等性能需求更是基礎(chǔ)。目前，內(nèi)燃機(jī)材料的應(yīng)用大多經(jīng)過改造，常見的鑄鐵、鑄鋼、鋁合金等材料都是經(jīng)過研發(fā)投入使用的，而復(fù)合材料、陶瓷材料、新材料的應(yīng)用也追趕著發(fā)展的腳步。而這一部分內(nèi)燃機(jī)材料在應(yīng)用過程中還存在諸多問題有待解決，新時期材料的應(yīng)用與變革應(yīng)當(dāng)從加強(qiáng)研究與實踐開始，有效增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)功率和使用壽命，讓內(nèi)燃機(jī)動力便利千萬家。

一、機(jī)械材料中內(nèi)燃機(jī)材料的發(fā)展

傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)材料是指鐵、剛、鋁合金等金屬材料，在機(jī)械材料應(yīng)用方面也有著重要地位。古往今來，人類從未停止過對材料的探索與應(yīng)用，在材料性能和綜合表現(xiàn)方面一步步優(yōu)化與完善，與此同時也在新材料的研發(fā)與應(yīng)用方面下足功夫，促進(jìn)了生產(chǎn)與制造的發(fā)展進(jìn)步。內(nèi)燃機(jī)材料耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性、質(zhì)量、體積等都影響著生產(chǎn)與制造，今后的材料科學(xué)發(fā)展及應(yīng)用探究都應(yīng)當(dāng)針對材料成分、含量進(jìn)行細(xì)節(jié)要求，促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)效率和使用壽命提高;還應(yīng)當(dāng)考慮材料工藝及應(yīng)用環(huán)境、綜合性能等，加強(qiáng)新材料的研究。

（一）內(nèi)燃機(jī)材料機(jī)械性能的提升

合金的應(yīng)用詮釋了機(jī)械材料的性能提升發(fā)展腳步，鋁合金材料在機(jī)械中應(yīng)用廣泛，世界各國也紛紛展開研究，針對鋁硅合金的特性與優(yōu)點進(jìn)一步完善，提出了放大其性能優(yōu)勢的關(guān)鍵措施。鋁硅合金中存在粗大初晶硅與晶硅組織，在機(jī)械性能和切削應(yīng)用上表現(xiàn)較差，對其進(jìn)行變質(zhì)、細(xì)化處理有助于強(qiáng)化其機(jī)械性能與加工性。目前，鋁合金細(xì)化多以鈦元素含量控制，鑄造鋁合金大多經(jīng)過鈦合金化處理。由此，控制雜質(zhì)變量能夠有效提升鋁合金性能，而祛除有害金屬雜質(zhì)及氣體雜質(zhì)就能夠有效提升內(nèi)燃機(jī)材料機(jī)械性能。熱處理也是常用來提升金屬材料性能的工藝處理，在合金鑄件中采用此鑄造方式可調(diào)節(jié)材料性能滿足不同場景下的需求。

（二）內(nèi)燃機(jī)材料綜合性能與強(qiáng)度

對金屬材料進(jìn)行表面強(qiáng)化處理有助于提升各類零部件使用壽命，在其摩擦、外露表面進(jìn)行特定鍍鋁、鍍鉛、噴涂石墨、噴涂聚四氟乙烯等，都能夠在一定程度上改善金屬的耐磨性與耐熱性。目前，廣泛應(yīng)用于機(jī)械生產(chǎn)制造中的噴涂工藝取得了顯著成效，內(nèi)燃機(jī)材料還出現(xiàn)了陶瓷化處理等。合金中加入強(qiáng)化元素也是提升其綜合性能的方式，鋁硅合金中加入不同元素可實現(xiàn)不同程度、方向上的強(qiáng)化，如銅、鎂、鎳等元素的加入可以有效提升合金高溫性能。

二、機(jī)械材料中內(nèi)燃機(jī)材料的應(yīng)用

（一）鑄鐵與鑄鋼材料

鑄鐵與鑄鋼是早期內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用的材料，二者在耐高溫方面的優(yōu)勢十分顯著，同時質(zhì)量與重量較大，限制了此類內(nèi)燃機(jī)的使用場景。由于這兩類內(nèi)燃機(jī)材料的體積大，制作工序較為繁雜，因而幾乎不在小型內(nèi)燃機(jī)中使用。新時期以來，靈活與輕便是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的新需求，相關(guān)研究人員在加強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)靈活性方面進(jìn)一步研究，與此同時也改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)對環(huán)境的壓力。環(huán)保問題是新時期的大問題，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)在汽車中的應(yīng)用更是排放尾氣，對環(huán)境造成壓力。經(jīng)改造投入使用的內(nèi)燃機(jī)在綜合性能表現(xiàn)與環(huán)保方面都進(jìn)一步拓展，真正開啟了全新試行階段。而傳統(tǒng)鑄鐵、鑄鋼內(nèi)燃機(jī)仍然在特殊場景下發(fā)揮作用。由此可見，新時期生產(chǎn)與制造對內(nèi)燃機(jī)材料提出了更高的要求，靈活性與環(huán)保性是內(nèi)燃機(jī)優(yōu)化提升的新方向，未來內(nèi)燃機(jī)材料更新中極有可能替代鑄鐵與鑄鋼材料。隨著新型內(nèi)燃機(jī)試行與應(yīng)用，我國新型內(nèi)燃機(jī)更新與普及正式拉開帷幕，內(nèi)燃機(jī)材料的應(yīng)用與發(fā)展邁向了下一階段。

（二）鋁合金材料應(yīng)用

內(nèi)燃機(jī)材料中應(yīng)用廣泛的還包括鋁合金材料，相對鑄鐵與鑄鋼有了全新的進(jìn)步。由于鋁合金材料質(zhì)量、密度相對較小，在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用外在表現(xiàn)為體積小，受場地限制因素影響降低。在行業(yè)過程中，鋁合金逐漸代替了一部分鑄鐵與鑄鋼型內(nèi)燃機(jī)，同時多元合金改變了鋁的單一結(jié)構(gòu)，大大提升了鋁這一金屬材料的綜合性能，拓寬其應(yīng)用場景和范圍。在鋁合金內(nèi)燃機(jī)材料的應(yīng)用過程中，研究發(fā)展鋁的耐高溫性能較差，而強(qiáng)化元素的增加將能夠有效提升其綜合性能，進(jìn)一步完善鋁合金的應(yīng)用場景。這樣鋁合金在體積、密度、物理性能等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了鑄鐵與鑄鋼，使得小型內(nèi)燃機(jī)得以應(yīng)用和發(fā)展。到目前為止，材料研究與應(yīng)用更新迭代，而鋁合金在過去場景下的普及也逐漸顯現(xiàn)出新問題，新時期到來將生產(chǎn)與制造行業(yè)推入了全新賽道，鋁合金在新工業(yè)發(fā)展過程中已經(jīng)不再適用，新的材料與應(yīng)用技術(shù)正一步步替代這鋁合金內(nèi)燃機(jī)的使用，將能夠繼承鋁合金應(yīng)用優(yōu)勢，在物理與化學(xué)性能等方面遠(yuǎn)超鋁合金材料，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中發(fā)揮積極作用。

（三）復(fù)合材料的應(yīng)用

為了強(qiáng)化鋁合金材料的物理與化學(xué)性能，材料學(xué)研究人員在鋁合金基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化完善，采用復(fù)合技術(shù)將纖維與金屬材料復(fù)合在一起，組成了全新的復(fù)合材料。以鋁基復(fù)合材料為代表，耐磨性、耐高溫性能進(jìn)一步提高，而在環(huán)保方面也有著不可比擬的作用，因而鋁基復(fù)合材料在汽車內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用十分廣泛。以鎂基復(fù)合材料為代表，耐磨性與耐高溫十分優(yōu)越，并由于在鎂基中復(fù)合了纖維與顆粒，相對鋁基復(fù)合材料性能更強(qiáng)，但是在造價方面相對更高。以碳復(fù)合材料為代表，這一部分材料顯著優(yōu)勢為潤滑性強(qiáng)、磨損度低、導(dǎo)熱速度快、耐高溫性能優(yōu)越。以上三種內(nèi)燃機(jī)材料性能較鋁合金材料應(yīng)用有了顯著提升，在物理與化學(xué)性能方面進(jìn)一步優(yōu)化，同時造價相對新材料更低，能夠在內(nèi)燃機(jī)活塞、零件、配件等多方面應(yīng)用。復(fù)合材料的更新迭代促進(jìn)了內(nèi)燃機(jī)材料發(fā)展與進(jìn)步，使得內(nèi)燃機(jī)使用壽命、場景、范圍等更加完整了。

（四）陶瓷材料的應(yīng)用

內(nèi)燃機(jī)材料應(yīng)用中使用較多的還有陶瓷材料，多在零部件表面涂層，加強(qiáng)零部件耐磨性，有效降低內(nèi)燃機(jī)磨損程度。陶瓷涂層質(zhì)量小，且有著良好的絕熱性，在應(yīng)用過程中將大大降低油耗，使得內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中溫度上升盡可能不影響到其他零部件正常運(yùn)動，而減少冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的油耗問題。所以，陶瓷做零部件涂層將能夠有效降低內(nèi)燃機(jī)工作中產(chǎn)生的熱能，進(jìn)而降低箱內(nèi)溫度。陶瓷材料在內(nèi)燃機(jī)中的使用存在明顯優(yōu)勢，但在技術(shù)方面專業(yè)度要求高，同時造價與成本高，因而短時間內(nèi)不會普及應(yīng)用，僅在特殊零部件處理中廣泛使用。尤其在環(huán)保方面，陶瓷材料可大大減少排放量，依舊有著廣泛的應(yīng)用與發(fā)展空間。雖然陶瓷材料在技術(shù)與造價方面要求高，但也減少油耗方面做到了獨特優(yōu)勢，因而在未來有著強(qiáng)大的競爭力。短時間內(nèi)不會廣泛推廣，但也并不意味著陶瓷材料并不具有廣泛應(yīng)用意義。所以，隨著新時期材料科學(xué)研究的深入，陶瓷很可能作為廣泛使用的內(nèi)燃機(jī)材料出現(xiàn)，我們也期待著有更加實用而便利的內(nèi)燃機(jī)材料引導(dǎo)發(fā)展，在各個應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

三、機(jī)械材料中內(nèi)燃機(jī)材料的應(yīng)用前景

機(jī)械材料發(fā)展引領(lǐng)著內(nèi)燃機(jī)材料的進(jìn)步，而新時期自動化、智能化的發(fā)展趨勢也將引導(dǎo)內(nèi)燃機(jī)材料不斷革新，逐漸適用于各個場景，發(fā)揮關(guān)鍵影響作用。新時期的內(nèi)燃機(jī)材料也將在內(nèi)燃機(jī)功率、節(jié)能減排、管理成本等方面做出優(yōu)化，能夠滿足各式樣的應(yīng)用場景，為人們的生產(chǎn)與生活提供動能。由此可見，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用核心競爭力強(qiáng)，是未來生產(chǎn)與制造中不可替代的產(chǎn)品，其應(yīng)用材料也將隨著材料科學(xué)的進(jìn)步與研發(fā)不斷升級，總體提升內(nèi)燃機(jī)性能，突出內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢。鋁合金材料以質(zhì)量小、體積較小而部分代替鑄鐵與鑄鋼材料，復(fù)合材料以綜合性能強(qiáng)勁而應(yīng)用廣泛，陶瓷材料以減少油耗而在特殊場景下發(fā)揮關(guān)鍵作用。所以，未來的內(nèi)燃機(jī)材料將以體積小、節(jié)能減排、應(yīng)用空間廣而發(fā)展，新材料的研發(fā)應(yīng)當(dāng)融合以上優(yōu)勢，并在此基礎(chǔ)上尋求突破。而復(fù)合材料與陶瓷材料在未來發(fā)展中的前景將進(jìn)一步拓寬，鑄鐵與鑄鋼材料、鋁合金材料可替代性將不斷加強(qiáng)。我們面臨的問題也將是不斷加大的財力、物力、人力損耗與研發(fā)結(jié)果是否成正比，新技術(shù)、新產(chǎn)品的引進(jìn)是否能夠達(dá)到預(yù)期效果，這將是未來內(nèi)燃機(jī)材料研發(fā)中需要深思的問題，相關(guān)研究與推廣人員應(yīng)當(dāng)理性思考，針對現(xiàn)實情況與應(yīng)用場景進(jìn)一步評估和考量，促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)材料的質(zhì)量提升。

總而言之，機(jī)械材料中內(nèi)燃機(jī)材料的應(yīng)用與推廣有著廣泛的發(fā)展意義，我們應(yīng)當(dāng)在新時期工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展變革中尋求新突破，針對內(nèi)燃機(jī)材料機(jī)械性能、內(nèi)燃機(jī)材料綜合性能與強(qiáng)度進(jìn)一步優(yōu)化?；赝^去發(fā)展中應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)材料，鑄鐵與鑄鋼材料一步步淘汰，但仍然在特殊場景中發(fā)揮關(guān)鍵作用，在現(xiàn)代化、智能化迅速發(fā)展的今天極有可能被替代。而鋁合金材料造價成本低，僅僅在合金中加入強(qiáng)化元素就能夠大大提升鋁合金的化學(xué)性能，使其廣泛推廣和應(yīng)用，鋁合金材料的可替代性較強(qiáng)，但也在過去一段時間里為我國生產(chǎn)與制造提供著強(qiáng)有力的支持。復(fù)合材料在綜合性能方面表現(xiàn)良好，并且造價成本低、后期維護(hù)與保養(yǎng)成本低，未來有可能大力推廣與應(yīng)用，為我國工業(yè)發(fā)展帶去新的動力支持。陶瓷材料在內(nèi)燃機(jī)中僅作為涂層應(yīng)用，并且能夠有效降低油耗，但由于其造價成本與技術(shù)要求較高，因而僅在特殊零部件上使用，未來將在其特長領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，將有更多新材料能夠在內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用，未來可期。

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