摘 要

船舶柴油机是船舶动力系统的关键部分，它给船舶提供了稳定的动力。柴油机的气缸套内孔直接与高压燃气相接处，外壁直接与冷却水相接处，工作环境比较恶劣。这种恶劣的工作环境会加剧气缸套的磨损与腐蚀，使它的使用寿命大大缩短。再制造技术能节约资源、保护环境、实现废旧产品的循环利用，受到越来越多人的青睐。如果将再制造技术运用到气缸套的修理中，可提高废品的使用率，降低经济成本。运用表面工程技术来进行气缸套的再制造，可使气缸套的尺寸完全恢复，甚至能提升它的性能。而热喷涂作为一种表面工程技术，可有望于广泛应用到气缸套的再制造中。

本篇论文结合近几年气缸套再制造的研究现状，分析了气缸套的失效机理。结合气缸套的失效机理以及它的工作条件，从工艺性和经济性的角度分析，来对气缸套再制造的涂层进行设计。涂层选用组织致密、孔隙率低、结合强度高的马氏体不锈钢3Cr13，喷涂方式采用高速电弧喷涂。之后制定了整个再制造工艺，包括表面预处理、喷涂、喷涂后处理及检验。

关键词：再制造；气缸套；高速电弧喷涂；3Cr13；加工工艺

Abstract

Marine diesel engine is a key part of the ship power system，which provides a stable power. Marine diesel engine cylinder liner is one of the worst working conditions parts in the diesel engine，whose inner surface directly contacts with high temperature and pressure gas, and whose outer surface contacts directly with the cooling water. The poor working environment will exacerbate abrasion and corrosion of the cylinder liner, and make its service life shorten. In recent years, more and more people are optimistic about the remanufacturing, because it saves resources. If we apply remanufacturing technology to the cylinder liner repairing, it will improve coefficient of waste utilization, and reduce the economic costs. Using surface engineering technology to remanufacture of the cylinder liner, that can make the size of the cylinder liner be fully restored, and even enhance its performance. ．As a modern surface technology，thermal spraying technology is expected to be widely used in marine diesel engine cylinder liner remanufacturing in shortage of resources and energy intense today．

This paper is based on cylinder liner remanufacturing research in recent years，and it analyzes marine diesel engine cylinder liner failure mechanism. According to the failure mechanism, working conditions, technology and economy, design of the cylinder liner remanufacturing coating. The coating is made of 3Cr13, which has a coating dense，low porosity, high bonding strength，excellent thermal shock resistance and the good resistance to wear. Spraying uses arc spraying. Then, I establish throughout the manufacturing process, including surface preparation, spraying, post-treatment technology and checking.

Key words: Remanufacturing; Cylinder liner; High speed arc spraying; 3Cr13; Processing technology

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题提出的背景 1

1.2 再制造技术在国内外的发展现状 1

1.3 表面工程技术 3

1.3.1 表面工程技术的分类 3

1.3.2 表面工程中的热喷涂技术 3

1.4 气缸套再制造发展现状 6

1.5 本课题的主要工作及研究内容 7

1.6 本章小结 7

第2章 大型船舶柴油机气缸套失效机理分析 8

2.1 柴油机气缸套的结构及功能 8

2.2 柴油机气缸套的材料 9

2.3 气缸套内孔的磨损类型 10

2.4 气缸套内壁的磨损特征 12

2.4.1 气缸套沿轴线的直径扩大规律 12

2.4.2气缸套磨损量和时间的关系 12

2.5气缸套内孔磨损的原因 13

2.6气缸套外壁的失效机理的分析 14

2.6.1气缸套的电化学腐蚀 14

2.6.2 气缸套的穴蚀 15

2.7气缸套的裂纹 15

2.8 本章小结 16

第3章 大型船舶柴油机气缸套再制造工艺 17

3.1 气缸套的再制造流程 17

3.2 清洗处理 17

3.2.1 常规清洗 18

3.2.2 机械清洗 18

3.2.3 化学清洗 18

3.3 气缸套的检测 18

3.3.1小型内燃机气缸套的检测 19

3.3.2 大型二冲程柴油机气缸套的检测 20

3.4气缸套的再制造 21

3.5再制造气缸套性能检测 22

3.6 本章小结 23

第4章 大型船舶柴油机气缸套涂层设计 24

4.1 气缸套涂层材料必须满足的性能及条件 24

4.2气缸套内孔涂层材料的选择 25

4.3 3Cr13的涂层性能 27

4.4 过渡层设计 27

4.5涂层工艺的确定 28

4.6 涂层厚度的确定 29

4.7 本章小结 30

第5章 大型船舶气缸套再制造工艺过程 31

5.1大型船舶气缸套再制造工序 31

5.2表面预处理 32

5.3 喷涂过程 33

5.4涂层后处理 34

5.5再制造后的检测 35

5.6本章小结 35

第6章 结论 36

6.1本文的结论 36

6.2本课题中的不足及待完善的地方 36

参考文献 37

致谢 39

第1章 绪论

1.1 课题提出的背景

大型船舶柴油机的功率大、机动性强、燃油经济性好，是目前船舶动力装置的主要部分。再进些年的发展中，我国船舶柴油机的设计及制造水平已经有了很大提高，但与国际一流水平相比，在耐用性方面还有很大的不足。而气缸套作为柴油机的关键零件之一，它的工作环境是非常恶劣的，它的外壁与冷却水相接处，承受着穴蚀与电化学腐蚀；它的内孔与高温高压燃气直接接触，受到高温和巨大爆发压力的侵扰，同时也承受着与活塞环之间的磨损。所以气缸套很容易在达到使用寿命前就失效，如何应对气缸套的失效，是一个亟待解决的问题。

再制造工程是我国进入新世纪后重点发展起来的一项技术。该技术以利用生物技术、信息技术和纳米技术为核心，以节约资源、节约能源、保护环境为理念，展现了我国新世纪自主创新的特色。再制造工程通过充分利用资源中的残余价值，有效缓解了资源短缺与资源浪费之间的矛盾，减少了废旧产品对于环境的危害，是废旧产品处理的最佳方式，是节约资源的一个重要手段。大力开展再制造工程是实现节能减排和可持续发展的主要路径之一。通过再制造技术对气缸套进行修复，可以减少浪费，甚至可以使修复后的性能优于新品^[1]。

1.2 再制造技术在国内外的发展现状

再制造是用高技术维修废旧产品的一种技术。再制造产品的成本只是新产品的50%，节能60%，节材70%，减排80%，减少废旧产品对环境的不良影响，有些再制造产品性能甚至优于新品。传统的产品全寿命周期是“研制→使用→报废”， 它的流程是一个开环系统; 而再制造产品的全寿命周期是“设计→使用→再生”，它的流程是一个闭环系统。这是对全寿命周期理论的深化和发展^[2]。