摘要：穴蚀是腐蚀的一种特殊形式，它是物理破坏和化学破坏结合的产物穴蚀，也称为空蚀，是柴油机气缸套常见的破坏形式，主要由缸套的高频振动引起。要有效预防和减少其破坏作用，需要采取一个系统性的、多管齐下的策略。其中最重要的是规范发动机使用，避免不良工况，并严格执行定期维护计划。

 

一、穴蚀的产生和危害

 

穴蚀在发动机冷却系统中的铸铁气缸套外壁经常出现，发动机燃烧室内着火燃烧，活塞以较大的动力“拍击”缸套，缸套剧烈振动，当向离开冷却液方向振动时，会在缸套外侧和冷却液之间形成一个低压区，低压区里冷却液气化形成气泡，当向靠近冷却液方向振动时，低压气泡受压在缸套外壁发生猛烈的爆炸，压力高达60000ps（约420MPa）。连续的振动使气泡连续爆炸，气缸套外壁材料疲劳脱落，长期下去缸套外壁产生许多小孔，随后产生的气泡极易在这些小孔处滞留，然后气泡继续破裂，使原先的孔洞不断气势扩大，有的可穿透缸套，气缸套外表面形成蜂窝状穴蚀。

1、穴蚀的概念

所谓湿式缸套的穴蚀，是指发电机使用一段时间（情况严重时，往往在高负荷下运转几十小时）后，在气缸套外表面沿连杆摆动方向两侧出现的蜂窝状的孔群（通常其直径为1～5mm，深度达2～3mm）。有时，发电机的气缸内壁尚未使用到磨损极限，即被穴蚀所击穿。

2、穴蚀产生的原因

（1）气缸套材料内，存在微观小孔、裂纹和沟槽。

（2）机器运转时，缸套振动。

机器运转时，由于燃烧爆发的冲击以及活塞上下运动时的敲击，引起缸套振动，使缸套外壁上的冷却水附层产生局部的高压和高真空，在高真空作用下，冷却水蒸发成气泡，有的真空泡和气泡受振动挤入或直接发生在缸套外壁微小的针孔内，当它们受高压冲击而破裂时，就在破裂区附近产生压力冲击波，其压力可达数十个大气压，它以极短的时间冲击气缸外壁，对气缸产生强烈的破坏力。这样经常不断地反复作用，使金属表面出现急速的疲劳破坏，而产生穴蚀现象。

3、穴蚀的危害

如果气缸套被穴蚀击穿，就会产生比较大的危害。水进入气缸、机器摇不动。当前，对气缸套的穴蚀还缺少行之有效的解决方法，只能采取一些方法或措施来预防或减少穴蚀对气缸套的破坏作用。

穴蚀在高压油泵，高压油管和喷油器等各处均可能产生，其危害如下：

（1）穴蚀造成高压油泵泵体穿透，造成柱塞偶件滑动性能变差或卡带。

（2）穴蚀造成高压油管孔径改变或油管断裂，进一步影响油量改变。

（3）穴蚀还造成喷油器针阀偶件的雾化不良，滴油甚至根本不雾化。

 

柴油机气缸套穴蚀现象

 

二、穴蚀预防与减少措施

 

1、减少缸套振动

穴蚀的根源在于活塞在气缸内运动时，特别是在上止点和下止点换向时，对缸套产生侧推力，引发缸套的高频振动。振动使冷却液局部压力剧烈变化，产生真空气泡，气泡破裂时的冲击波剥蚀缸套外壁。

（1）优化活塞与缸套的配合间隙：

① 确保间隙在最佳范围：间隙过大会加剧活塞对缸套的冲击，增大振动。必须严格按照发动机制造商的规范进行装配和检修。

② 使用新型活塞材料：例如采用膨胀系数更小的铝合金活塞或钢顶铝裙组合式活塞，可以减少冷热机状态下的间隙变化，保持更稳定的配合。

（2）优化活塞设计：

① 减少活塞销偏移：现代发动机活塞常采用活塞销向主推力面偏移的设计，可以平缓地转移侧推力，减少冲击。

② 改进活塞环设计：减少活塞环数量、优化环的型线和张力，可以降低活塞组的运动摩擦和振动。

（3）加强缸套刚度和支撑：

① 增加缸套壁厚：在结构允许的情况下，适当增加缸套壁厚可以提高其固有频率，减小振幅。

② 优化缸套支承：确保缸套在机体内的支承肩和支承带配合良好，没有“悬空”或支撑不足的区域，使振动能有效传递给机体并被阻尼吸收。

2、改善冷却系统

冷却液的性质和流动状态直接影响气泡的形成和破裂过程。

（1）使用合格的冷却液并添加缓蚀剂：

① 首选发动机专用长效防冻液：它不仅具有防冻和防沸功能，更重要的是含有防穴蚀添加剂（如硅酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐等）。这些添加剂能在金属表面形成一层坚韧的保护膜，能有效缓冲气泡破裂产生的冲击。

② 严禁直接使用自来水或井水：未经处理的硬水会产生水垢，水垢层下的缸套表面散热不良，温度升高，强度下降，同时水垢本身会成为穴蚀的起始点。务必使用去离子水或蒸馏水与防冻液混合。

（2）控制冷却液温度：保持冷却系统在80-95°C的最佳工作温度范围。温度过高，冷却液更容易汽化，产生更多蒸汽气泡；温度过低，发动机热应力大且冷却液黏度大，流动性差，都不利于预防穴蚀。

（3）保证冷却液流量和压力：确保冷却水泵工作正常，保持冷却系统有足够的压力。较高的系统压力可以抑制气泡的形成。

清理冷却水道，防止水垢或杂质堵塞，保证冷却液流动顺畅，避免局部过热或涡流。

3、缸套表面处理与保护

（1）表面处理技术：

① 外壁镀层：在缸套外壁（与冷却液接触的一面）进行镀铬、渗氮或激光淬火等处理，可以极大提高表面硬度和抗穴蚀能力。这是非常有效的方法。

② 涂覆防腐涂层：在缸套外壁涂覆一层柔韧的、抗冲击的涂层（如环氧树脂基涂层），可以吸收冲击波能量。

（2）安装防穴蚀护套：对于穴蚀特别严重的区域，可以在缸套外壁套上一个由耐腐蚀橡胶或复合材料制成的柔性护套。这层护套能有效地阻尼振动，并吸收气泡破裂的能量，保护缸套本体。

4、操作与维护层面的措施

（1）规范操作：

① 避免发动机长期低负荷、低水温运行。在这种工况下，缸套振动相对更剧烈，且冷却液温度低，更容易发生穴蚀。

② 避免发动机频繁启动、停机。

③ 平稳加速，避免突然加载或卸载。

（2）定期维护检查：

① 定期更换冷却液：按照厂家规定周期更换，确保添加剂有效。

② 定期清洗冷却系统：防止水垢和沉淀物积聚。

③ 大修时仔细检查：在大修拆解发动机时，仔细检查缸套外壁是否有发暗、麻点等穴蚀初期迹象，及时更换或处理。

 

总结：

要有效预防和减少气缸套穴蚀，不能只依赖单一方法，而应采取一个综合性的策略，例如设计/制造层面、冷却系统管理、操作维护层面等方法通过以上措施的联合应用，可以显著延长气缸套的使用寿命，提高发动机的运行可靠性。

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