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CKS活塞环表面微织构几何形貌及排布方式对摩擦学性能的影响∗

  • 赫冬1

    机 构：

    1. 大连海事大学材料科学与工程系 大连 116026

    ×
  • ， 韩晓光1,2,3

    机 构：

    1. 大连海事大学材料科学与工程系 大连 116026

    2. 大连海事大学海底工程技术与装备国际联合研究中心 大连 116026

    3. 船机修造工程重点试验室 大连 116026

    ×
  • ， 陈广聪1

    机 构：

    1. 大连海事大学材料科学与工程系 大连 116026

    ×
  • ， 汪哲宇1

    机 构：

    1. 大连海事大学材料科学与工程系 大连 116026

    ×
  • ， 陈文滨1

    机 构：

    1. 大连海事大学材料科学与工程系 大连 116026

    ×
  • ， 徐久军1,2,3

    机 构：

    1. 大连海事大学材料科学与工程系 大连 116026

    2. 大连海事大学海底工程技术与装备国际联合研究中心 大连 116026

    3. 船机修造工程重点试验室 大连 116026

    ×

1. 大连海事大学材料科学与工程系 大连 116026；
2. 大连海事大学海底工程技术与装备国际联合研究中心 大连 116026；
3. 船机修造工程重点试验室 大连 116026；

Effect of Geometrical Morphology and Arrangement of Micro-texture on Friction Property of CKS Piston Ring

  • HE Dong1

    Affiliation：

    1. Materials Science and Engineering Department, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    ×
  • ， HAN Xiaoguang1,2,3

    Affiliation：

    1. Materials Science and Engineering Department, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    2. International Joint Research Center for Subsea Engineering Technology and Equipment, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    3. Key Laboratory of Ship-Machinery Maintenance & Manufacture, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    ×
  • ， CHEN Guangcong1

    Affiliation：

    1. Materials Science and Engineering Department, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    ×
  • ， WANG Zheyu1

    Affiliation：

    1. Materials Science and Engineering Department, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    ×
  • ， CHEN Wenbin1

    Affiliation：

    1. Materials Science and Engineering Department, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    ×
  • ， XU Jiujun1,2,3

    Affiliation：

    1. Materials Science and Engineering Department, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    2. International Joint Research Center for Subsea Engineering Technology and Equipment, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    3. Key Laboratory of Ship-Machinery Maintenance & Manufacture, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China

    ×

1. Materials Science and Engineering Department, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China；
2. International Joint Research Center for Subsea Engineering Technology and Equipment, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China；
3. Key Laboratory of Ship-Machinery Maintenance & Manufacture, Dalian Maritime University, Dalian 116026 , China；

作者简介:

韩晓光(通信作者),男,1974年出生,副教授,博士研究生。主要研究方向为内燃机摩擦学。E-mail:xghandl@163.Com;

徐久军,男,1967年出生,教授,博士研究生。主要研究方向为内燃机摩擦学。E-mail:xu.jiujun@163.com

中图分类号:TG156;TB114

文献标识码:A

DOI:10.11933/j.issn.1007-9289.20210121002

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目录contents

    摘要

    以 CKS(铬基陶瓷复合镀)活塞环-硼磷合金铸铁气缸套摩擦副为对象,采用 Nd-YAG 激光器在 CKS 活塞环上进行微织构化处理,在对置往复式摩擦磨损试验机上进行摩擦学试验,研究激光微织构几何形貌及排布方式对摩擦副减摩耐磨的作用。 采用激光共聚焦扫描显微镜利用台阶法测量磨损量,采用扫描电子显微镜观察样品表面磨损形貌。 发现当织构深度 30 μm、直径 130 μm、排布角度 0 °、面积占有率 5%时,摩擦副获得最佳的摩擦磨损性能,摩擦因数最低可达 0. 086,与未织构化的摩擦配副相比,摩擦因数降低约 0. 013,降低约 13%;活塞环磨损率下降约 41%,气缸套磨损率下降约 46%。 活塞环表面微织构可改善摩擦磨损性能的作用机制为,微织构具有储存润滑油、收集磨屑以及减小摩擦副接触面积的作用。

    Abstract

    The micro-textures with different geometric morphologies and arrangement modes were produced on the surface of piston rings by Nd-YAG laser to modify the friction and wear property of the CKS(Chromium based ceramic composite plating) piston ringcast iron cylinder liner friction pair. The friction and wear test was carried on a reciprocating friction and wear tester. The wear loss of the friction pair was measured by bench method on a OLS 4000 type laser confocal scanning microscopy and wear morphologies of the specimen were observed by a SUPRA 55 type scanning electron microscope (SEM). The optimum friction and wear properties were obtained on the textured CKS piston ring with texture parameters of 30 μm depth, 130 μm diameter, arrangement angle of 0° and area density of 5%. Compared with the un-textured friction pair, the optimal pair has a reduced friction coefficient of about 0. 013, and the wear rates of the piston ring and cylinder liner were reduced by about 41% and 46%, respectively. The surface texture can store lubri-cating oil, collect abrasive particles and change the contact surface area, which are responsible for the modification of the friction and wear performance of the piston ring-cylinder liner

  • 0 前言

  • 高强化是当今世界军用和民用柴油内燃动力技术发展的必然趋势。采用高强化技术,能够使发动机在提高动力性的同时实现小型化和轻量化,显著减少CO2 排放,实现节能减排,军用车辆动力还可以满足未来战争对装备高机动性和快速部署的要求。高强化柴油机的典型特征是:①高转速,目前最高转速已经超过4 250r/min,活塞平均速度高达15.4m/s;②高燃爆压力, 爆发压力达到27MPa; ③高升功率,升功率可达91.7kW/L [1-2]。

  • 高强化对柴油机摩擦副活塞环-气缸套摩擦副在高温、高压和高冲击载荷环境中的摩擦磨损性能提出更高要求。表面织构技术作为一种改善摩擦副摩擦磨损性能的有效手段,在活塞环-气缸套摩擦副上的应用也逐渐受到关注[3-7]。一般认为,表面织构能够改善摩擦副摩擦磨损性能的机理主要表现在三个方面[8] :①在充分润滑或混合润滑条件下产生流体动压效应,提高油膜承载力;②作为润滑剂存贮器或第二润滑源,降低摩擦,改善磨损;③在贫油条件下捕捉磨屑改善磨损条件。 GU等[9] 考虑润滑油供应条件建立一维混合润滑模型模拟了气缸套活塞环的摩擦磨损行为,发现活塞环表面织构在充分供油和贫油条件下均可降低摩擦因数,但在贫油条件下不稳定;RONEN等[10] 采用雷诺方程和动力方程建立模型模拟往复运动摩擦副中多球型微孔织构的减摩性能,发现织构能够在对摩副表面产生动压效应,且减摩效果与织构参数以及工况条件相关。

  • 相对于在缸套上制备微织构,在活塞环上制备具有加工面积小、加工时间短、织构易于制备等优点。 RYK等[11-13]采用激光加工方法在活塞环表面加工微坑织构改善气缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损性能,发现与无织构活塞环相比,摩擦降低20%~50%。许长坤等[14]在活塞环表面制备圆形微织构, 研究了织构面积占有率对气缸套-活塞环摩擦副摩擦学性能的影响,发现不同的载荷及转速条件下,优化的面积占有率不同。王斌[15] 采用掩膜微细电解加工法在活塞环表面制备微坑织构,研究微坑直径、深度及面积占有率对气缸套-活塞环摩擦副摩擦学性能的影响,发现织构均可改善摩擦副的摩擦性能, 且不同工况条件具有不同的优化织构参数。

  • 织构参数对摩擦副摩擦学行为的影响主要包括直径、深度、面积占有率、位置等方面。排布角度也是影响织构改善摩擦学性能的重要参数,占剑等[16] 在气缸套表面加工微织构,研究在贫油条件下缸套活塞环的耐磨性,与无织构摩擦副相比,织构排布角度为60 °时磨损量降低约21.7%。排布角度对织构活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响研究相对较少。

  • 在高强化条件下,气缸套-活塞环摩擦副承受的温度、载荷以及转速等工况条件均恶化,导致织构参数对摩擦副摩擦学性能的改善作用发生变化。故以CKS活塞环-铸铁缸套为对象,采用Nd-YAG激光器在CKS活塞环表面制备不同参数的织构阵列,研究高强化条件下活塞环织构化对摩擦副摩擦磨损性能的作用规律,为实现发动机节能减排提供试验支持。

  • 1 试验

  • 1.1 试验设备及试验材料

  • 活塞环试样从CKS(铬基陶瓷复合镀) 活塞环上切取,活塞环外径110mm,环高3mm,桶面高度10 μm,沿圆周方向等切20份。气缸套试样从硼磷合金铸铁缸套上切取,内径110mm,壁厚10mm,沿圆周方向等切40份,切割长度为43mm。

  • 图1 给出了CKS活塞环的表面形貌及截面形貌。由图1可见,网纹内镶嵌有陶瓷颗粒(图1a); 镀层厚度约为60 μm,垂直于镀层表面分布着细小的黑色条纹(图1b)。 CKS活塞环镀层的平均硬度为758HV0.1。图2给出了合金铸铁缸套的表面及横截面形貌。铸铁缸套表面分布着小平台珩磨纹, 粗、细珩磨纹交错分布,角度约为30°,深珩磨纹边缘有明显变形迹象, 甚至有少量片状脱落痕迹(图2a)。从截面形貌可以看出,低倍下石墨在铸铁中呈层片状和菊花状分布,为E型石墨(JB/T5082-91)。高倍下可观察到基体组织为片状石墨、状珠光体和少量硬质相(磷共晶)(图2b)。硼磷合金铸铁气缸套的维氏硬度为232HV0.1,珠光体的维氏硬度为168HV0.01。

  • 采用自制的往复式摩擦磨损试验机[17]进行磨损试验,试验机往复运动行程30mm,施加载荷范围为0~380MPa,加热温度范围为25~300°,转速范围为5~3 000r/min(最大线速度0.008~4.725m/s),采用压电传感器采集摩擦力信号,活塞环试样固定在夹具上,气缸套试样往复运动。采用RP-4652D润滑油作润滑剂,其中含二烷基二硫代硫酸锌(ZDDP), 以改善摩擦副在低速高载及高速冲击条件下的黏着和擦伤行为。润滑油通过蠕动泵定量供给。

  • 图1 活塞环表面与截面形貌

  • Fig.1 Surface and cross section morphologies of piston ring

  • 图2 缸套表面、截面形貌

  • Fig.2 Surface and cross section morphologies of cylinder liner

  • 1.2 试验条件及表征

  • 为了模拟高强化柴油机工况条件和加速试验, 试验条件的载荷和温度要大于实际工况下的载荷、温度;采用富油试验测试激光微织构对活塞环-气缸套摩擦副摩擦磨损性能的影响,富油试验分为两个阶段:低载磨合阶段和高载磨损阶段,低载磨合阶段是为了去除试样在加工过程中产生的毛刺、锐边等缺陷,以及激光加工过程中微坑四周产生的冷凝物。高载磨损阶段检验摩擦副的摩擦磨损性能;不同试验阶段的转速、润滑油供给速度等参数见表1。

  • 表1 摩擦磨损验条件

  • Table1 test conditions of friction and wear

  • (1)表面形貌分析(LSM、SEM)

  • 采用日本奥林巴斯公司的OLYMPUS-OLS4000三维共聚焦激光扫描显微镜分析微坑的形貌、尺寸, 并测量试样表面磨损区域与未磨区域边界的台阶高度差值来表征其线磨损量。

  • 采用德国卡尔蔡司公司的ZEISS-SUPRA 55SAPPHIRE型场发射扫描电子显微镜,分析摩擦副表面的微观形貌。

  • (2)表面化学成分分析(EDX)

  • 采用美国伊达克斯公司生产的超薄窗X射线能谱仪,分析试验后摩擦副表面元素的组成与分布。

  • 1.3 活塞环表面微织构制备

  • 采用Nd-YAG激光器在活塞环表面进行微织构制备,光斑直径为100 μm, 激光波长1 064nm,脉冲宽度1ms。

  • 1.3.1 激光参数对微坑几何尺度的作用规律

  • 激光参数对于微织构的几何尺寸有着重要的影响,激光的能量密度和脉冲次数是两个极为重要的参数。在重复频率3KHz,采用脉冲次数为5~30次,能量密度为40~160J/cm 2 的激光束,在焦点处对CKS活塞环外圆面加工微织构。图3为织构排布方式及微坑轮廓图。由图3可知,微坑深度约为30 μm,微坑上部直径较底部略大,约为130 μm,微坑边缘存在因激光烧蚀物冷凝产生的凸起。图4为激光的脉冲次数和能量密度对微坑直径、深度影响。由图3可见,微坑直径随能量密度从40J/cm 2 升到80J/cm 2,先变大后趋于平缓,之后随着能量密度的增加平稳增大( 图4a)。微坑直径随脉冲次数的增加呈先增大加后保持平稳的趋势。当脉冲次数增加到10次时,随脉冲继续增加微坑直径变化不大(图4b)。与微坑直径不同,在脉冲次数1~30次时,微坑深度随脉冲次数的增大呈线性增大关系,在能量密度为160J/cm 2、脉冲次数为30次时获得最大值80 μm(图4c)。能量密度对微坑深度的影响相对较小,随能量密度增大而增大,但增大幅度较小(图4d)。激光与材料表面相互作用,是一个能量传递与转化的过程,激光光斑能量呈高斯分布,随着能量密度增加,材料表面达到烧蚀阈值的直径逐渐增大,因而微坑直径随能量密度的增加面呈逐渐增大趋势。因光斑直径有限,因而微坑直径增加幅度会趋缓;随辐照次数增大,输入到材料表面一定范围内的能量增大,导致微坑深度增大,随着脉冲次数增大,激光输入能量增加,会在微坑上方形成等离子体层[18],阻挡了微坑内部熔渣的喷出,使熔渣聚集在微坑内部,同时等离子体的存在会屏蔽材料对激光能量的吸收,使激光烧蚀材料的能量发生损失,造成微坑直径增加趋势平缓。

  • 图3 织构排布方式及轮廓形貌

  • Fig.3 Texture arrangement and contour morphology

  • 图4 激光脉冲、能量与微织构直径、深度关系

  • Fig.4 Diameter and depth of micro-texture varied with laser pulse number and energy density

  • 1.3.2 激光加工对材料硬度的影响

  • 激光加工还会对活塞环硬度产生影响,图5给出了原始及织构活塞环距微坑不同距离处表面硬度金相照片,图6给出了图5中各点对应的维氏硬度值,由图5、6可知,织构活塞环的平均硬度比无织构的原始活塞环平均硬度高约100HV0.1,且随着与微坑距离的增加硬度逐渐下降,这可能是因为激光在加工织构时,会在活塞环表面产生热影响区,进而改变织构附近的硬度,从而影响摩擦磨损性能。

  • 图5 原始试样及微织构金相

  • Fig.5 Original specimen and microfabrication metallography

  • 图6 原始试样及微织构周边硬度

  • Fig.6 Hardness around the original specimen and micro-texture

  • 1.3.3 表面微织构设计

  • 根据图4激光参数与微坑直径、深度的关系,制备直径为110、130、150 μm,深度20、30、40、50 μm的微坑;以微坑直径、深度、面积占有率和排布角度为激光微织构参数,利用摩擦磨损试验对微织构参数进行优化,具体试验参数如表2。

  • 表2 微织构参数

  • Table2 Micro-texture parameters

  • 2 试验结果与讨论

  • 2.1 微织构直径、深度对摩擦磨损性能影响

  • 图7 为无织构及微坑直径分别为110、 130、 150 μm的活塞环分别与气缸套配对的摩擦因数及磨损量;图7a为高载阶段摩擦副的摩擦因数随时间的变化趋势,可以看出4种不同摩擦副的摩擦因数均随着磨损时间延长逐渐下降,并达到稳定。其中直径为130 μm织构摩擦副达到稳定所需要的时间最短; 图7b为4种摩擦副的平均摩擦因数,是选取试验平稳后期的1 000个往复循环摩擦力最大值的平均值, 除以法向压力得到平均系数。由图可知,无织构摩擦副的摩擦因数最大,为0.099。所有微织构活塞环气缸套摩擦副的平均摩擦因数均小于无织构的摩擦副,直径为130 μm时,织构摩擦副平均摩擦因数最小,约为0.085;图7c、7d分别为活塞环和气缸套的磨损量,由图可知,具有织构的摩擦副其活塞环和缸套的磨损量均显著低于无织构摩擦副,无织构摩擦副的活塞环、气缸套的磨损量分别达到5.35 μm和3.44 μm,织构摩擦副的活塞环、气缸套磨损量均在微坑直径为130 μm微织构时取得最小值,分别为3.14 μm和1.83 μm,降幅分别可达41.3%和46.5%。

  • 图7 微坑直径对活塞环、气缸套摩擦因数及磨损量的影响

  • Fig.7 Influence of micro pit diameter on friction coefficient and wear loss of piston ring and cylinder liner

  • 图8 为无织构及微坑深度分别为20、30、40、 50 μm的活塞环与气缸套配对的摩擦因数及磨损量;图8a显示在高载阶段,不同微坑深度摩擦副摩擦因数随时间变化规律与直径对微织构活塞环摩擦副摩擦因数影响规律类似;5种不同的摩擦副的瞬时摩擦因数曲线都有下降趋势,深度为20、50 μm微织构的摩擦副其曲线下降趋势明显滞后;图8b为不同深度微织构的平均摩擦因数图,由图可见,不同微坑深度条件下织构摩擦副的摩擦因数均低于无织构摩擦副。织构摩擦副的摩擦因数随微坑深度增加先减小后增加,在微坑深度为30 μm时,摩擦因数取得最小值;图8c、8d分别为活塞环和气缸套的磨损量,无织构摩擦副的活塞环、缸套的磨损量最大, 织构摩擦副活塞环、缸套磨损量均在微坑深度为30 μm微织构时取得最小值。

  • 2.2 微织构排布角度、面积占有率对摩擦磨损性能的影响

  • 图9 为无织构及织构排布角度分别为0°、30°、60 °的织构活塞环与气缸套配对的摩擦因数及磨损量;图9a显示在高载阶段,与排布角度为0°及无织构摩擦副摩擦因数随时间变化不同,微织构排布角度为30°、60°的摩擦副摩擦因数无明显下降趋势; 图9b为不同排布角度微织构摩擦副的平均摩擦因数图,由图可知,随着织构排布角度增加,织构摩擦副的摩擦因数逐渐增大,排布角度为30°和60°微织构摩擦副的平均摩擦因数均高于无织构摩擦副,其平均摩擦因数分别为0.134及0.146;图9c、9d分别为活塞环和气缸套的磨损量,与排布角度对平均摩擦因数影响相似,活塞环与气缸套的磨损量均随织构排布角度增加而增大,排布角度为30°和60°微织构摩擦副所对应的活塞环、气缸套磨损量均大于无织构摩擦副,其中排布角度为60°微织构摩擦副活塞环、气缸套磨损量最大,分别达到5.72 μm和3.51 μm。

  • 图10 为无织构及微织构面积占有率分别为3%、5%、7%、9%的活塞环与气缸套配对的摩擦因数及磨损量;图10a为在高载阶段5种面积占有率摩擦副摩擦因数随时间变化,摩擦因数均随时间延长逐渐降低并保持稳定状态;图10b为5种面积占有率的平均摩擦因数,由图可见,织构摩擦副的摩擦因数随织构面积占有率增加呈先增大后减小趋势,当面积占有率为5%时活塞环-气缸套摩擦副的摩擦因数最小;织构摩擦副的摩擦因数均低于无织构摩擦副; 图10c、10d分别为5种面积占有率微织构活塞环和气缸套的磨损量。可以看出,面积占有率对活塞环和气缸套磨损量的影响与其对平均摩擦因数的影响规律相同,均呈先减小后增加趋势,织构摩擦副中活塞环与气缸套的磨损量均低于无织构摩擦副。

  • 图8 微坑深度对活塞环、气缸套摩擦因数及磨损量的影响

  • Fig.8 Influence of micro pit depth on friction coefficient and wear loss of piston ring and cylinder liner

  • 图9 微坑排布角度对活塞环、气缸套摩擦因数及磨损量的影响

  • Fig.9 Influence of micro pit arrangement angle on friction coefficient and wear loss of piston ring and cylinder liner

  • 图10 微坑面积占有率对活塞环、气缸套摩擦因数及磨损量的影响

  • Fig.10 Influence of micro pit area occupancy on friction coefficient and wear loss of piston ring and cylinder liner

  • 2.3 摩擦磨损机理分析

  • 图11 为无织构及微坑直径130 μm、深度30 μm、角度0°面积占有率为5%微织构活塞环与气缸套配对时表面磨损形貌。由图可知,无织构活塞环磨损后试样表面有明显划痕,CKS活塞环表面的电镀网纹基本消失(图11a)。与无织构活塞环配对的气缸套表面有明显的磨损痕迹,珩磨纹变得模糊, 缸套表面存在点、片状脱落的现象,且部分区域脱落的缺陷已经连接成片,说明气缸套表面发生黏着磨损(图11b);图11c、11d为微坑直径130 μm、深度30 μm、角度0°面积占有率为5%微织构活塞环及其配对副缸套磨损试样的磨损形貌,由图可见,织构活塞环表面有轻微划痕,采用能谱仪对微坑内成分进行分析,发现微坑除含Cr元素外,还含有S、P等元素(图11c),这可能是由于摩擦试验过程中润滑油(4652D)进入微坑造成的,说明织构能够起到贮存润滑油的作用。与织构活塞环配对的气缸套表面磨痕较轻微,表面只存在轻微的塑性流变,有撕裂、拖拽的痕迹。

  • 图12 为无织构及微坑直径130 μm、深度30 μm、角度0°面积占有率为5%微织构活塞环与气缸套配对时共聚焦表面形貌照片。由图可知,无织构活塞环磨损后试样表面整体划痕区域面积巨大且连续(图12a);与无织构活塞环配对的气缸套表面沿摩擦副相对运动方向存在水平磨损痕迹,且磨痕较为密集;气缸套表面珩磨纹因为基体变形有消失、填平迹象( 图12b)。图12c、 12d为微坑直径130 μm、深度30 μm、角度0°面积占有率为5%微织构活塞环及其配对副缸套磨损试样的共聚焦表面形貌照片,由图可见,织构活塞环表面沿运动方向存在磨痕,但磨痕区域相对无织构活塞环较少,并不密集,而微坑周边发生轻微形变(图12c)。与织构活塞环配对的气缸套表面磨痕相较轻微,珩磨纹发生形变程度也相对较轻。

  • 图11 无织构摩擦副及减摩效果最佳摩擦副的表面形貌

  • Fig.11 Surface morphologies of the un-textured friction pair and the friction pair with the best friction reduction effect

  • 微织构具有储油功能,在摩擦试验过程中油膜承载力及分布是影响摩擦副摩擦学性能的重要因素。在摩擦副往复运动过程中,微坑中润滑油随摩擦副向坑壁流动,在微坑内部靠近微坑一侧形成收敛间隙,提高油膜承载能力,强化了动压效应,降低了微织构摩擦副的摩擦因数[8];具有排布角30°、 60°的微织构摩擦副的瞬时摩擦因数,并无显著下降的原因是微织构排布角度问题,沿摩擦副运动方向前后方位的微坑形成的收敛间隙在整体上不能保持连续,前后压力的剧烈改变降低了油膜的承载能力, 宏观上润滑效果减弱,甚至弱于无织构摩擦副的润滑状态,造成减摩效果变差。不同微坑几何形貌包括直径、深度以及排布角度等会影响油膜承载能力, 从而影响织构摩擦副摩擦学性能;在同一微坑直径条件下,面积占有率过低会使润滑油贮存量过小,面积占有率过大时,过小的微坑间距会使摩擦副表面粗糙度迅速增加,从而增大了摩擦阻力,因此只有合适的面积占有率才能使织构摩擦副具有更优的摩擦磨损性能[19]。同时微织构具有捕捉磨屑作用,降低磨屑进入到摩擦副表面产生三体磨损的机率,使织构摩擦副的磨损量均低于未织构磨损量[20];从磨损形貌看,未织构摩擦副气缸套表面发生片状脱落,而微织构摩擦副气缸套表面只发生轻微磨损。因此织构摩擦副的摩擦磨损性能均优于未织构摩擦副,织构参数为微坑直径130 μm、深度30 μm、排布角度0°及面积占有率5%时,摩擦副具有最优的摩擦磨损性能。

  • 3 结论

  • (1) 活塞环织构化可以有效改善活塞环-气缸套摩擦副的摩擦磨损性能,当织构参数为微坑直径130 μm、深度30 μm、排布角度0°及面积占有率5%时,织构摩擦副的摩擦磨损性能最佳;与无织构摩擦副相比,摩擦因数达0.086,降低约13%;活塞环和气缸套磨损量降幅分别达41%和46%。

  • (2) 摩擦副表面微织构具有一定的贮油作用, 在摩擦过程中增强了油膜承载能力,改善摩擦副的摩擦磨损性能,油膜承载能力受微坑直径、深度以及排布角度的影响。

  • 图12 无织构摩擦副及减摩效果最佳摩擦副的3D共聚焦显微镜形貌照片

  • Fig.12 3D confocal microscope micrographs of texturless friction pairs and friction pairs with the best friction reducing effect

  • 参考文献

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  • 基本信息

    中图分类号: TG156;TB114
    文献标识码: A
    DOI: 10.11933/j.issn.1007-9289.20210121002

    基金信息

    国家自然科学基金(51509029)；
    辽宁省自然科学基金(2019-ZD-0165)；
    中国博士后科学基金(2020M670729)；
    中央高校基本科研业务费 (3132019366)资助项目；
    Supported by National Natural Science Foundation of China (51509029)；
    Natural Science Foundation of Liaoning Province, China (2019-ZD0165)；
    China Postdoctoral Science Foundation (2020M670729)；
    Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(3132019366).；

    引用信息

    稿件历史

    收稿日期: 2021-01-21

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