活塞環(huán)表面微造型與鍍層復(fù)合改性及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、摩擦磨損造成的損失巨大，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)因摩擦而損失約30％的功率，其中缸套-活塞環(huán)摩擦副間的摩擦損失占了發(fā)動(dòng)機(jī)總摩擦損失的19％，而磨損導(dǎo)致活塞環(huán)-缸套配副頻繁更換，損失嚴(yán)重。本文改變活塞環(huán)表面結(jié)構(gòu)以期改善表面潤(rùn)滑狀態(tài)，并引入耐磨潤(rùn)滑涂層，協(xié)同作用改善活塞環(huán)表面摩擦學(xué)性能。
　　 采用Nd:YAG脈沖激光器在合金鑄鐵及表面鍍鉻活塞環(huán)外圓面進(jìn)行微造型化處理，獲得直徑分別為125μm、150μm、200μm，深度分別為25μm、40μm

2、、55μm，密度為2.1％～11.04％的微造型陣列。模擬實(shí)際活塞環(huán)-缸套往復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在自制往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試微造型化活塞環(huán)的摩擦學(xué)性能，并對(duì)微造型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 采用電鍍方法在鑄鐵活塞環(huán)外圓面鍍覆厚約40μm的鉻層再進(jìn)行激光表面微造型處理。在微造型化合金鑄鐵活塞環(huán)表面進(jìn)行化學(xué)鍍銀，獲得微造型內(nèi)儲(chǔ)存銀、表面覆蓋厚約60μm銀鍍層的復(fù)合涂層。用光學(xué)金相顯微鏡、掃描電鏡觀察鍍層表面及截面形貌；用X射線衍射儀和能譜儀(E

3、DS)對(duì)鍍層進(jìn)行物相和成分分析。測(cè)試鍍層/微造型協(xié)同作用配副的摩擦學(xué)性能，并采用掃描電鏡以及金相顯微鏡觀察磨痕形貌。
　　 實(shí)驗(yàn)表明：合金鑄鐵活塞環(huán)表面微造型化處理改善了配副的摩擦學(xué)性能。油潤(rùn)滑條件下，微造型化處理使摩擦系數(shù)降低15％～40％，磨損率降低50％左右，磨損壽命提高2倍。微造型化存在最佳參數(shù)使配副摩擦學(xué)性能最好：低載(50N，100N)作用下，最佳直徑為150μm，最佳深度為35μm；高載(200N)作用下，最佳直徑

4、為200μm，最佳深度為50μm；各載荷下，最佳密度為4.9％。
　　 活塞環(huán)表面鍍鉻/表面微造型協(xié)同作用使摩擦副的摩擦系數(shù)降低了20％，磨損率降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)；優(yōu)化鍍鉻/微造型化參數(shù)表明油潤(rùn)滑條件下微造型密度為4.9％的配副摩擦學(xué)性能最好。活塞環(huán)表面化學(xué)鍍銀后，摩擦系數(shù)降低20％～50％，磨損率升高一個(gè)數(shù)量級(jí)。微造型化/鍍銀使活塞環(huán)的摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低16％～33％，磨損率降低14％～60％，磨損壽命提高3倍以上。