机械材料中内燃机材料的发展现状与应用

谢孟杰

摘要：内燃机材料是机械设备的重要组成部分，在生产与制造中承载着举足轻重的作用。众所周知，内燃机属于动力装置，其组成与结构也并不十分复杂。内燃机材料是保证内燃机正常运行的关键，灵活实用的零部件有助于提升内燃机使用寿命，提升内燃机材料综合性能也是我们追求和发展的，目前，机械材料的相关研究层出不穷，新材料研发与制造也对材料科学发展起着强有力的推动作用。本文将结合机械材料中内燃机材料的发展现状和应用展开讨论，希望能够促进相关研究和生产不断发展，有效提升内燃机工作效率和使用寿命。

关键词：机械材料;内燃机材料;发展现状与应用

新时期以来，生产与制造业发展自动化、智能化，需要大量的内燃机提供动力支持，而相关内燃机材料研究也应当与时俱进，在研发过程与应用中增强实用性能，有效延长其使用寿命。众所周知，内燃机使用损耗高，对材料的需求也在日益增强，耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能需求更是基础。目前，内燃机材料的应用大多经过改造，常见的铸铁、铸钢、铝合金等材料都是经过研发投入使用的，而复合材料、陶瓷材料、新材料的应用也追赶着发展的脚步。而这一部分内燃机材料在应用过程中还存在诸多问题有待解决，新时期材料的应用与变革应当从加强研究与实践开始，有效增强内燃机功率和使用寿命，让内燃机动力便利千万家。

一、机械材料中内燃机材料的发展

传统内燃机材料是指铁、刚、铝合金等金属材料，在机械材料应用方面也有着重要地位。古往今来，人类从未停止过对材料的探索与应用，在材料性能和综合表现方面一步步优化与完善，与此同时也在新材料的研发与应用方面下足功夫，促进了生产与制造的发展进步。内燃机材料耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、质量、体积等都影响着生产与制造，今后的材料科学发展及应用探究都应当针对材料成分、含量进行细节要求，促进内燃机效率和使用寿命提高;还应当考虑材料工艺及应用环境、综合性能等，加强新材料的研究。

（一）内燃机材料机械性能的提升

合金的应用诠释了机械材料的性能提升发展脚步，铝合金材料在机械中应用广泛，世界各国也纷纷展开研究，针对铝硅合金的特性与优点进一步完善，提出了放大其性能优势的关键措施。铝硅合金中存在粗大初晶硅与晶硅组织，在机械性能和切削应用上表现较差，对其进行变质、细化处理有助于强化其机械性能与加工性。目前，铝合金细化多以钛元素含量控制，铸造铝合金大多经过钛合金化处理。由此，控制杂质变量能够有效提升铝合金性能，而祛除有害金属杂质及气体杂质就能够有效提升内燃机材料机械性能。热处理也是常用来提升金属材料性能的工艺处理，在合金铸件中采用此铸造方式可调节材料性能满足不同场景下的需求。

（二）内燃机材料综合性能与强度

对金属材料进行表面强化处理有助于提升各类零部件使用寿命，在其摩擦、外露表面进行特定镀铝、镀铅、喷涂石墨、喷涂聚四氟乙烯等，都能够在一定程度上改善金属的耐磨性与耐热性。目前，广泛应用于机械生产制造中的喷涂工艺取得了显著成效，内燃机材料还出现了陶瓷化处理等。合金中加入强化元素也是提升其综合性能的方式，铝硅合金中加入不同元素可实现不同程度、方向上的强化，如铜、镁、镍等元素的加入可以有效提升合金高温性能。

二、机械材料中内燃机材料的应用

（一）铸铁与铸钢材料

铸铁与铸钢是早期内燃机广泛应用的材料，二者在耐高温方面的优势十分显著，同时质量与重量较大，限制了此类内燃机的使用场景。由于这两类内燃机材料的体积大，制作工序较为繁杂，因而几乎不在小型内燃机中使用。新时期以来，灵活与轻便是内燃机发展的新需求，相关研究人员在加强内燃机灵活性方面进一步研究，与此同时也改善了传统内燃机对环境的压力。环保问题是新时期的大问题，而传统内燃机在汽车中的应用更是排放尾气，对环境造成压力。经改造投入使用的内燃机在综合性能表现与环保方面都进一步拓展，真正开启了全新试行阶段。而传统铸铁、铸钢内燃机仍然在特殊场景下发挥作用。由此可见，新时期生产与制造对内燃机材料提出了更高的要求，灵活性与环保性是内燃机优化提升的新方向，未来内燃机材料更新中极有可能替代铸铁与铸钢材料。随着新型内燃机试行与应用，我国新型内燃机更新与普及正式拉开帷幕，内燃机材料的应用与发展迈向了下一阶段。

（二）铝合金材料应用

内燃机材料中应用广泛的还包括铝合金材料，相对铸铁与铸钢有了全新的进步。由于铝合金材料质量、密度相对较小，在内燃机中的应用外在表现为体积小，受场地限制因素影响降低。在行业过程中，铝合金逐渐代替了一部分铸铁与铸钢型内燃机，同时多元合金改变了铝的单一结构，大大提升了铝这一金属材料的综合性能，拓宽其应用场景和范围。在铝合金内燃机材料的应用过程中，研究发展铝的耐高温性能较差，而强化元素的增加将能够有效提升其综合性能，进一步完善铝合金的应用场景。这样铝合金在体积、密度、物理性能等方面远远超越了铸铁与铸钢，使得小型内燃机得以应用和发展。到目前为止，材料研究与应用更新迭代，而铝合金在过去场景下的普及也逐渐显现出新问题，新时期到来将生产与制造行业推入了全新赛道，铝合金在新工业发展过程中已经不再适用，新的材料与应用技术正一步步替代这铝合金内燃机的使用，将能够继承铝合金应用优势，在物理与化学性能等方面远超铝合金材料，在内燃机运行中发挥积极作用。

（三）复合材料的应用

為了强化铝合金材料的物理与化学性能，材料学研究人员在铝合金基础上进一步优化完善，采用复合技术将纤维与金属材料复合在一起，组成了全新的复合材料。以铝基复合材料为代表，耐磨性、耐高温性能进一步提高，而在环保方面也有着不可比拟的作用，因而铝基复合材料在汽车内燃机中的应用十分广泛。以镁基复合材料为代表，耐磨性与耐高温十分优越，并由于在镁基中复合了纤维与颗粒，相对铝基复合材料性能更强，但是在造价方面相对更高。以碳复合材料为代表，这一部分材料显著优势为润滑性强、磨损度低、导热速度快、耐高温性能优越。以上三种内燃机材料性能较铝合金材料应用有了显著提升，在物理与化学性能方面进一步优化，同时造价相对新材料更低，能够在内燃机活塞、零件、配件等多方面应用。复合材料的更新迭代促进了内燃机材料发展与进步，使得内燃机使用寿命、场景、范围等更加完整了。

（四）陶瓷材料的应用

内燃机材料应用中使用较多的还有陶瓷材料，多在零部件表面涂層，加强零部件耐磨性，有效降低内燃机磨损程度。陶瓷涂层质量小，且有着良好的绝热性，在应用过程中将大大降低油耗，使得内燃机运行中温度上升尽可能不影响到其他零部件正常运动，而减少冷却系统产生的油耗问题。所以，陶瓷做零部件涂层将能够有效降低内燃机工作中产生的热能，进而降低箱内温度。陶瓷材料在内燃机中的使用存在明显优势，但在技术方面专业度要求高，同时造价与成本高，因而短时间内不会普及应用，仅在特殊零部件处理中广泛使用。尤其在环保方面，陶瓷材料可大大减少排放量，依旧有着广泛的应用与发展空间。虽然陶瓷材料在技术与造价方面要求高，但也减少油耗方面做到了独特优势，因而在未来有着强大的竞争力。短时间内不会广泛推广，但也并不意味着陶瓷材料并不具有广泛应用意义。所以，随着新时期材料科学研究的深入，陶瓷很可能作为广泛使用的内燃机材料出现，我们也期待着有更加实用而便利的内燃机材料引导发展，在各个应用领域发挥重要作用。

三、机械材料中内燃机材料的应用前景

机械材料发展引领着内燃机材料的进步，而新时期自动化、智能化的发展趋势也将引导内燃机材料不断革新，逐渐适用于各个场景，发挥关键影响作用。新时期的内燃机材料也将在内燃机功率、节能减排、管理成本等方面做出优化，能够满足各式样的应用场景，为人们的生产与生活提供动能。由此可见，内燃机应用核心竞争力强，是未来生产与制造中不可替代的产品，其应用材料也将随着材料科学的进步与研发不断升级，总体提升内燃机性能，突出内燃机的应用优势。铝合金材料以质量小、体积较小而部分代替铸铁与铸钢材料，复合材料以综合性能强劲而应用广泛，陶瓷材料以减少油耗而在特殊场景下发挥关键作用。所以，未来的内燃机材料将以体积小、节能减排、应用空间广而发展，新材料的研发应当融合以上优势，并在此基础上寻求突破。而复合材料与陶瓷材料在未来发展中的前景将进一步拓宽，铸铁与铸钢材料、铝合金材料可替代性将不断加强。我们面临的问题也将是不断加大的财力、物力、人力损耗与研发结果是否成正比，新技术、新产品的引进是否能够达到预期效果，这将是未来内燃机材料研发中需要深思的问题，相关研究与推广人员应当理性思考，针对现实情况与应用场景进一步评估和考量，促进内燃机材料的质量提升。

总而言之，机械材料中内燃机材料的应用与推广有着广泛的发展意义，我们应当在新时期工业生产发展变革中寻求新突破，针对内燃机材料机械性能、内燃机材料综合性能与强度进一步优化。回望过去发展中应用的内燃机材料，铸铁与铸钢材料一步步淘汰，但仍然在特殊场景中发挥关键作用，在现代化、智能化迅速发展的今天极有可能被替代。而铝合金材料造价成本低，仅仅在合金中加入强化元素就能够大大提升铝合金的化学性能，使其广泛推广和应用，铝合金材料的可替代性较强，但也在过去一段时间里为我国生产与制造提供着强有力的支持。复合材料在综合性能方面表现良好，并且造价成本低、后期维护与保养成本低，未来有可能大力推广与应用，为我国工业发展带去新的动力支持。陶瓷材料在内燃机中仅作为涂层应用，并且能够有效降低油耗，但由于其造价成本与技术要求较高，因而仅在特殊零部件上使用，未来将在其特长领域进一步发展。随着材料科学的发展，将有更多新材料能够在内燃机中应用，未来可期。

参考文献：

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