缸套—活塞环材料在往复滑动中摩擦系数的试验研究

为了研究机车柴油机缸套活塞环材料的摩擦学性能,我们设计并制造了一台往复式摩擦磨损试验机。该试验机可在一定范围内实行载荷、速度、润滑量的单因素控制,并可同时定性和定量的显示运动中的摩擦力大小。我们利用该试验机对美国GE公司采用的软氮化铸铁缸套—表面镀铬铸铁活塞环材料进行了摩擦学性能的试验研究,得出了该配对副在往复滑动中摩擦系数随载荷和速度变化的关系曲线。     

双辉光离子渗铜对缸套-活塞环摩擦学性能的影响*

为研究铜元素对缸套-活塞环摩擦学性能的影响,通过双辉光离子渗透技术在缸套材料表面加工出不同厚度的渗铜改性层,使用RTEC多功能摩擦磨损试验机开展不同负载、不同润滑条件下的模拟试验,采集并分析试验过程中的摩擦因数以及试验后体积磨损量和磨损表面形貌,研究渗铜改性层对缸套材料摩擦学性能的影响规律及作用机制。结果表明：渗铜处理可有效降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量;高载荷和干摩擦条件下渗铜改性层的减摩抗磨作用效果尤为显著,最高可使摩擦因数分别降低13.15%和30.86%,磨损量分别降低30.70%和38.57%;渗铜后缸套-活塞环磨损表面形貌平整,摩擦表面形成了铜含量较高的润滑膜层,该表面膜起到了减摩、耐磨的作用。     

二烷基二硫代甲酸钼(MoDTC)摩擦改进剂对GF-3等级全配方发动机油摩擦学性能的影响

利用SRV高温摩擦磨损试验机研究了二烷基二硫代甲酸钼(MoDTC)对渗氮活塞环／铸铁缸套在ILSACGF-3发动机油润滑条件下的摩擦学性能的影响。结果表明，MoDTC能与GF-3全配方发动机油中的ZDTP／磺酸钙添加剂体系产生协同作用，在活塞环和缸套表面生成减摩和抗磨的摩擦反应膜，从而显著降低并在较长时间内保持低摩擦系数(最低0．03)，同时缸套的磨损降低50％以上。     

缸套活塞环摩擦磨损试验机问世

由江苏仪征双环活塞环有限公司与国内某知名大学联合研制的缸套活塞环摩擦、磨损试验机前不久在仪征双环发动机试验室调试成功。该摩擦、磨损试验机是国内缸套、活塞环行业第一台用于缸套、活塞环摩擦副研究的试验机 ,此举标志着国内缸套、活塞环行业在摩擦、磨损研究方面迈出了重要一步。缸套活塞环是发动机心脏部位的重要摩擦副 ,对发动机性能起着决定性作用。该摩擦、磨损试验机的应用可为我国缸套活塞环行业的材料开发、材料性能检测等提供丰富、详实、可靠的第一手数据 ,进而提高对缸套、活塞环摩擦副的研究水平 ,带动活塞环行业提高自…     

活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

为了改善缸套-活塞环的摩擦性能,通过激光刻蚀技术在活塞环工作面加工出不同形状的表面织构。在同一转速、不同载荷下通过微机控制的往复式摩擦磨损试验机研究不同表面织构活塞环对缸套-活塞环摩擦学性能的影响。试验结果表明:在载荷为400 N工况下,活塞环的椭圆、圆形、方形织构摩擦系数分别可以降低1.1%、18.3%、14.1%;载荷600 N工况下,3种织构分别可以降低35.3%、35.3%、19.1%;综合分析摩擦系数、表面形貌、接触电阻,圆形凹坑织构的活塞环在降低摩擦系数、提高油膜润滑状态等方面效果最优。     

改性纳米h-BN润滑油添加剂对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

在缸套-活塞环摩擦副中,当活塞在上、下止点处为零速,难以形成油膜,且在气缸的高温工况下,其他部位的油膜也会被破坏,从而造成缸套-活塞环的摩擦功耗增加和磨损加剧。采用优质润滑油是提高缸套-活塞环润滑与摩擦特性的重要手段。制备改性纳米六方氮化硼(h-BN)颗粒并将其按不同质量分数分散至聚α-烯烃（PAO10）基础油中,使用R-tec摩擦磨损试验机开展不同载荷下的往复摩擦试验,通过观测摩擦因数、磨损体积和缸套磨损表面、磨损元素及三维形貌参数,研究改性纳米h-BN添加剂对缸套材料摩擦学性能的影响以及减摩抗磨润滑机制。结果表明：加入改性纳米h-BN添加剂可以显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量,加入质量分数0.25%的添加剂在50 N、3 Hz工况下可使摩擦因数降低33.87%,磨损体积降低23.32%;在载荷及摩擦热作用下纳米h-BN添加剂可以在磨损表面形成摩擦保护膜,可以改善缸套的表面粗糙度,创造优良的润滑环境,提升其摩擦学性能。     

表面纹理结构加工方式对柴油机缸套-活塞环摩擦副的摩擦特性影响研究

为实现柴油机缸套-活塞环系统的润滑、减磨以及降耗,为柴油机缸套表面纹理加工方式的选取提供依据,以船舶柴油机的缸套-活塞环摩擦副为研究对象,从摩擦因数、接触电阻及表面粗糙度等方面,研究不同加工方式制备的缸套表面纹理微结构的摩擦性能。结果表明：机械加工表面磨损随载荷的增加呈现逐渐上升的趋势,而化学刻蚀加工表面磨损则呈现先增后减的趋势;在低载荷时,机械加工的缸套表面摩擦学性能优于化学刻蚀加工,高载荷时化学刻蚀加工的缸套表面摩擦学性能优于机械加工的缸套表面。     

活塞环表面离子镀硬质膜的摩擦学性能研究

为了改善发动机活塞环的摩擦学性能和提高其使用寿命,采用离子镀技术在活塞环表面制备了CrN硬质膜,并利用SRV摩擦磨损试验机考察了硬质膜的摩擦学特性,研究结果表明离子镀硬质膜的摩擦系数基本与镀铬层一致,但磨损量远低于镀铬层的磨损量,与两种涂层活塞环配副的缸套试样的磨损量基本相当。     

表面纹理加工方式对缸套-活塞环摩擦特性的影响

为实现柴油机缸套-活塞环系统的润滑、减磨以及降耗,为柴油机缸套表面纹理加工方式的选取提供依据,以船舶柴油机的缸套-活塞环摩擦副为研究对象,从摩擦因数、接触电阻及表面粗糙度等方面,研究不同加工方式制备的缸套表面纹理微结构的摩擦性能。结果表明:机械加工表面磨损随载荷的增加呈现逐渐上升的趋势,而化学刻蚀加工表面磨损则呈现先增后减的趋势;在低载荷时,机械加工的缸套表面摩擦学性能优于化学刻蚀加工,高载荷时化学刻蚀加工的缸套表面摩擦学性能优于机械加工的缸套表面。     

弹性悬臂梁摩擦力测量机构的设计

摩擦力的测量始终是摩擦磨损试验机的重要组成部分之一。在自行开发的模拟缸套 /活塞环摩擦学性能的试验机中 ,采用弹性悬臂梁配合力传感器进行摩擦力的测量。推导了弹性悬臂梁测量摩擦力的公式 ,并用有限元软件分析了弹性悬臂梁的变形 ,确定了合适的截面形状。经试验验证 ,设计的摩擦试验机能够基本真实地反映缸套 /活塞环摩擦副的运动和摩擦学规律 ,具有较强的可信度。     

缸套表面微凹坑对Ｃｕ－Ｓｎ/Ｃｒ多镀层活塞环摩擦性能的影响

选用表面没有微凹坑的铸铁缸套和表面加工有微凹坑的铸铁缸套,分别与Cu-Sn/Cr多镀层活塞环配对,采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,通过测量配对副的摩擦因数和磨损量和分析试样磨损前后表面形貌和成分,探讨高强化工况下铸铁缸套表面微凹坑对Cu-Sn/Cr多镀层活塞环摩擦性能影响。结果表明:表面有微凹坑的缸套与Cu-Sn/Cr多镀层活塞环配对时的摩擦因数、缸套磨损量、活塞环磨损量比表面没有微凹坑缸套的配对副分别低4.05%、52.25%、8.50%;缸套表面的微凹坑能够为从活塞环表面脱落的Cu-Sn镀层提供镶嵌点,使Cu-Sn镀层起到二次润滑的作用,延长了其作用寿命,减小了配对副的摩擦因数和磨损量。     

柴油机活塞环表面类金刚石薄膜在模拟工况下摩擦学性能

大缸径、长冲程的大功率柴油机的活塞环-缸套摩擦副易发生异常磨损,使柴油机动力性能丧失,甚至发生拉缸等重大事故,通过先进的表面处理技术可显著改善活塞环-缸套摩擦副的润滑条件,提高活塞环-缸套摩擦副的摩擦学性能。采用阴极电弧离子镀技术在铬-陶瓷复合镀(CKS)活塞环表面制备厚度为7 μm的DLC薄膜,研究CKS活塞环表面的DLC薄膜在柴油机模拟工况下的摩擦学性能。结果表明：在干摩擦、室温贫油和高温贫油的工况下,CKS活塞环表面的DLC薄膜可以显著减小活塞环-缸套摩擦副对摩的摩擦因数,降低缸套的磨损;摩擦过程中DLC薄膜与润滑油的协同润滑作用以及DLC薄膜的石墨化是改善活塞环-缸套摩擦副摩擦学性能的主要原因。     

发动机缸套-活塞环摩擦磨损特性试验研究

利用缸套-活塞环摩擦磨损试验台研究了速度，温度，载荷，供油等因素对缸套-活塞环系统摩擦磨损特性的影响。试验结果表明，缸套-活塞环摩擦副在发动机工作循环中润滑状态不断发生变化。在试验条件下，温度对摩擦磨损有显著影响，载荷和速度对摩擦力的影响较小。     

柴油机缸套-活塞环摩擦磨损试验机设计及功能验证

设计并搭建TCLPR-1缸套-活塞环摩擦磨损试验机,进行两组工况相同的试验,实时采集试验过程中缸压、缸套温度、缸套-活塞环间油膜接触电阻、平均摩擦力、曲轴转速等信息,分析缸套-活塞环摩擦副的运动情况。结果表明:缸套-活塞环在本试验机的运行工况与实际相吻合,可通过本试验机对缸套-活塞环进行摩擦磨损试验研究。     

一种微磨损试验机的设计

为研究涂层等表面工程零件的摩擦学性能,介绍了一种微磨损试验机的工作原理、结构特点,关键构件的设计思想及实现方法。该试验机可在一定范围内实行载荷、速度、浆料的单因素控制,并可同时定性和定量显示运动中的摩擦因数和磨损体积的大小。     

金属陶瓷粒子添加剂对摩擦副表面的影响

用MMW-1型销盘式摩擦磨损试验机,对含有金属陶瓷添加剂润滑油对气缸套-活塞环摩擦学特性的影响进行了模拟试验研究;用表面粗糙度仪测量了缸套试样的表面粗糙度;用原子力显微镜对缸套试样表面的微观形貌和摩擦力形貌进行了测试;用韦氏硬度仪测量了缸套试样的表面硬度变化。研究结果表明,气缸套试样表面在这种添加剂作用下,其表面粗糙度和峰高都大幅度降低,展现了金属陶瓷粒子良好的自修复能力,并且这种能力随载荷的增大而增强。表面硬度分析结果也表明,添加剂粒子与摩擦表面的作用也与载荷有关。     

润滑油缺失工况下不同活塞环涂层对缸套摩擦磨损对比研究

为研究润滑油缺失工况下不同活塞环涂层在不同温度下与缸套的摩擦学性能,选取5种商用活塞环涂层,利用扫描电子显微镜观察不同涂层的截面形貌,利用往复式摩擦磨损试验机,在润滑油缺失工况下,分别在常温、200 ℃和350 ℃条件下进行摩擦磨损试验,利用轮廓仪和光学显微镜分别观察摩擦试验后的磨损量和磨痕形貌。结果表明：CrN基涂层和CKS涂层主要为黏着磨损,对缸套磨损大,不同温度下摩擦学性能稳定;含DLC涂层主要为磨料磨损,常温摩擦因数小,高温下不同涂层有较大差异,其中CDC+DLC涂层综合性能最佳。     

阳极PED技术制备活塞环表面陶瓷涂层的研究

在内燃机中,由于摩擦产生的输出功率损失达到20%,可见摩擦磨损是影响内燃机燃油效率的关键因素,其中,活塞环-缸套摩擦副产生的摩擦在内燃机摩擦中占比超过50%,因此,改善活塞环组件的摩擦学性能对提高内燃机性能有着重要的意义。本文对活塞环表面改性、活塞环表面织构、润滑条件等影响活塞环摩擦学性能的因素进行了阐述,着重对利用阳极等离子体电解沉积(PED)技术制备活塞环表面涂层的技术研究进行了介绍,并给出一种利用该技术制备陶瓷涂层的方案供参考。     

活塞环/缸套摩擦副表面织构优化设计方法

应用表面织构改善活塞环/缸套摩擦副的摩擦学特性,是改善其工作经济性、可靠性的最有效手段之一。以质量守恒润滑模型与微凸体接触模型为基础,构建面向织构系统的混合润滑模型。在混合润滑模型的基础上,通过选择合适的活塞环/缸套摩擦副性能评价指标,确定优化活塞环/缸套摩擦副性能的目标函数,结合粒子群优化算法,研究一种在活塞环表面对不同深度微凹坑进行优化设计的新方法。基于大量的数值模拟试验可以发现,具有优化织构深度的微织构可以提高活塞环/缸套摩擦副摩擦学性能,提高了承载能力,降低了摩擦力,验证了所提出的织构优化设计方法是可行的。     

缸套/活塞环摩擦学性能试验机的设计研究

根据缸套 /活塞环胶合失效试验研究的需求 ,设计了一台集试验、测量和控制于一体的往复式摩擦磨损试验机。该设备具有加热和温度控制功能 ,采用快速响应速度的微细热偶测量接触区温度 ,同时通过四臂电桥测电阻法测量缸套 -油膜 -活塞环之间的动态接触电阻 ,以反映接触区的润滑状态。试验表明该试验机性能稳定 ,可测物理量丰富 ,是胶合试验研究可靠的实验工具