Syntheses and Tribological Property of CrMoN/MoS2 Multilayer Films on Piston Rings of Heavy Vehicle Engine

In order to prolong the service life of piston rings of heavy vehicle engine and decrease the friction and wear of piston rings and cylinder liner,CrMoN/MoS_2 multilayer films were deposited on the surface of rings by magnetron sputtering and low temperature ion sulfuration.FESEM equipped with EDX was adopted to analyze the compositions and morphologies of surface,cross-section,and wear scars of the multilayer films.The nano-hardness and Young＇s modulus of the films were measured by a nano tester.Tribologicalproperties of the films were tested by an SRV~174;4 wear tester.The experimentalresults indicate that the structures of the multilayer films are dense and compact.The films possess nano hardness value of approximately 26.7 GPa and superior ability of plastic deformation resistance.The multilayer films can activate solid lubricating,and possess an excellent antifriction and wear resistance under the conditions of heavy load,high frequency,high temperature,and dynamic load.

低硫条件下船舶主机缸套-活塞环磨损现状与应对策略

国际海事组织(IMO)的“限硫令”于2020年1月在全球范围内实施后,燃用低硫燃油(LSFO)成为许多远洋公司的主要选择。对多家远洋公司船舶主机燃用LSFO后的运行状况进行调研,发现缸套、活塞环等零部件存在异常磨损及故障显著增多的现象。将LSFO对船舶主机的影响以及其实际应用案例进行分析与总结,并针对燃用LSFO的主机所出现的异常磨损和故障现象提出应对策略。该研究有助于解决LSFO条件下船舶主机缸套和活塞环异常磨损问题的实际需求,希望进一步推动LSFO条件下缸套和活塞环异常磨损的机理研究。

合金灰口铸铁气缸套组织形貌与耐磨性研究

针对5种成分和组织的灰口铸铁气缸套,包括2种贝氏体铸铁气缸套和3种珠光体铸铁气缸套,全面分析了其成分、相组成及硬度等材料特性,将喷钼活塞环与5种合金灰口铸铁气缸套对磨,通过比较各配对副的摩擦磨损性能,获得了喷钼活塞环与5种合金灰口铸铁气缸套的匹配规律。研究结果表明:5种气缸套材料均为由硬质相、基体和石墨构成的复合耐磨结构,各组分的性能、分布及其配比,是决定耐磨性的关键因素。珠光体基体气缸套的磨损量相对稳定,气缸套与活塞环的相对磨损量正常;铸态贝氏体气缸套磨损较轻,配对活塞环的磨损量比珠光体气缸套大;贝氏体气缸套和活塞环的磨损均量很小。

内燃机活塞环材料及表面处理技术研究现状与发展趋势

活塞环是内燃机中重要的零部件之一,该部件的摩擦损耗占内燃机总摩擦损失的26%。因此,活塞环材料的选用及其表面处理研究对于优化提升内燃机性能、延长服役寿命具有重要意义。简单介绍并总结了内燃机活塞环常用材料及其发展趋势,详细综述了激光表面织构技术、表面涂层技术以及表面复合技术在内燃机活塞环减摩抗磨方面的研究和应用现状。其中,激光表面织构技术(LST)可起到接纳磨屑、保持油膜等作用,从而降低活塞环表面摩擦和磨损,但由于织构形貌和几何参数特征对摩擦学性能的影响较为复杂,仍需结合实际工况进一步研究并优化。以镀铬、热喷涂、气相沉积及激光熔覆为代表的涂层技术也常用于活塞环的表面强化处理,但涂层材料种类繁多,难以形成统一的行业标准进而规模应用。此外,通过合理复合多种表面处理技术,比如微弧氧化与电泳沉积复合、超声滚压与离子渗氮技术复合、磁控溅射和低温离子渗硫复合等,可实现优势互补、发挥协同作用,有效改善接触表面的摩擦性能,为活塞环的减摩增寿研究开拓了新的思路。最后对未来活塞环材料开发应用及其减摩抗磨方面的研究发展进行了展望。

往复式压缩机支撑环活塞环磨损分析

为解决往复式压缩机一级气缸支撑环、活塞环磨损问题,多方查找问题根源,与同行对标对表,排除了设备安装、备件质量、工艺操作等问题,采取从设备入口安装过滤器净化气体介质;对缸体镜面进行绗磨修复,提高镜面光洁度较少摩擦;调节气缸注油量,保证润滑等多方面措施,提高支撑环、活塞环的使用时间。经过上述的改进,现压缩机一级支撑环、活塞环使用时间均能保证在70 d以上,设备的长周期运行既满足了工艺生产需要,又减少了倒机和维修成本。

某型天然气发动机机油耗问题改进与评价方法研究

针对某型天然气发动机短里程机油耗高问题进行排查和分析,发现主要原因在于活塞环与缸套的初期磨合不佳,并且耐负压窜油能力较弱,导致缸内机油上窜并参与燃烧。通过优化活塞环与活塞环槽的配合,提高环槽加工精度,增加环槽回油通道,同时调整活塞环外圆面镀层,问题得到了有效的解决。此外,针对国六天然气发动机在部分负荷和怠速工况下进气道负压较大的问题,提出了一种机油耗评价方法,该方法可以准确评估各种实际工况下的机油耗水平。

DW-107/7-X型活塞压缩机活塞环磨损过快的原因及处理措施

对DW-107/7-X型压缩机在日常运行中出现的活塞环磨损过快问题进行分析,提出相应的解决措施,并对比改造前后的设备运行状况。经现场试运行可知,改造后的活塞环使用寿命达到预期目标,有效减少了易损件及人工成本的投入。

流体润滑条件下复合润滑织构改善缸套表面摩擦性能

为了改善缸套表面摩擦性能,以YTRC2110D型柴油机为研究对象,在缸套流体润滑区域进行复合润滑结构设计.基于摩擦试验,探讨了润滑条件下复合润滑结构改善缸套表面的摩擦性能和磨损机理,并找到性能最优的复合润滑结构.结果表明,在流体润滑条件下,复合润滑结构比单一微织构减摩性能更好.相比光滑表面,单一微织构表面平均摩擦系数下降32.86%,磨损质量最多只降低9.6%,磨损表面粗糙度Sa最高只下降了16.57%,分形维数D只上升4.67%.其表面磨损区域主要为浅犁,还伴随着少量的深犁,复合润滑结构表面平均摩擦系数可以下降42.2%,磨损质量最多减少了17.6%,磨损表面粗糙度Sa最高下降26.86%,分形维数D上升8.77%.复合润滑结构接触表面通过动压油膜和二硫化钼转移薄膜共同作用,磨损表面只产生少量浅犁.研究结果为缸套表面摩擦性能的改善提供了理论依据.

活塞环表面液相等离子体电解碳硼共渗研究

活塞环表面强化可减少活塞环缸套摩擦磨损,提高机械效率,是商用车低碳化战略实现的重要途径与保障。为提升活塞环性能,尝试采用液相等离子体电解碳硼共渗(PEC/B)的技术方案,进行了活塞环表面改性的研究,系统探究了操作参数对工件表面形貌、硬度、相组成、截面形貌、元素分布和摩擦学性能的影响规律。研究结果表明,改性层主要由渗硼层和渗碳过渡层组成,渗硼层主要组成相为Fe 2B,渗碳过渡层的主要组成相为Fe 3C,渗碳处理可有效提升渗硼效率。改性层厚度最大可达15μm以上,渗硼层硬度最大可达1460HV。经碳硼共渗处理后,工件的摩擦因数、磨损率约为未处理工件的11%、7%,摩擦学性能显著提升。液相等离子体电解碳硼共渗为活塞环性能的提升提供了切实可行的技术途径。

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。

活塞环表面等离子电解沉积陶瓷涂层的试验研究

为提升活塞环性能,采用液相等离子体电解沉积陶瓷涂层的技术方案,进行了活塞环表面强化的试验研究。分析了工作电压、处理时间和基体表面粗糙度对涂层结合力的影响规律,表征了PED陶瓷涂层的形貌和相组成。在此基础上,对比分析研究了PED陶瓷活塞环的硬度、摩擦学性能、耐腐蚀性能。研究结果表明:PED陶瓷涂层表面呈蜂窝状形貌,涂层的相由γ-Al_(2)O_(3)相和α-Al_(2)O_(3)相构成,且以α-Al_(2)O_(3)相为主晶相;PED陶瓷涂层与基体的结合力随工作电压的提高及处理时间的延长,均呈先增大后减小的趋势,随基体表面粗糙度的增大而增加。经PED处理后,试样的表面硬度可达1 185HV,其摩擦系数和磨损率分别降低了6.4%、29.4%;极化电阻提升至1.75×10^(4)Ω·cm^(2),较未处理活塞环提高一个数量级以上。

基于气缸套-活塞环磨损的内燃机性能衰退研究

为了研究缸内燃气通过活塞环组窜入曲轴箱后对整机性能的影响,基于内燃机热力学理论,建立了相关的数学模型,包括柴油机性能计算模型、漏气模型和磨损模型。漏气模型考虑了活塞环开口间隙影响下的漏气对性能参数的影响,并基于当量开口间隙,研究了气缸套-活塞环磨损对内燃机性能的影响。基于Archard模型,由性能衰退规律,预测了柴油机的大修期。计算结果表明,在气缸套最大磨损400μm,第一环磨损200μm时,功率衰退7.52%,标定工况下,有效燃油消耗率增加7.73%。

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。

基于多目标优化算法的发动机活塞环型线低摩擦设计研究

以AVL P&R活塞环动力学计算为基础,通过仿真模拟计算了摩擦磨损情况,在iSIGHT平台中整合了试验设计法、响应面方法、多目标遗传优化算法以实现活塞环优化设计。优化结果表明,活塞环型线设计参数中上桶面高度对润滑油耗影响较大,下桶面高度和桶面偏移对活塞环和缸套磨损量影响较大,切向弹力对窜气量影响较大。最终优化后活塞环的1000 h磨损量由11.1μm下降到6.3μm,降低43.2%。

无油压缩机气缸-活塞环摩擦磨损特性试验研究

为探究无油压缩机气缸与填充PTFE活塞环的配对摩擦磨损特性,在Rtec-instruments多功能摩擦磨损试验机上对不同表面处理工艺的不锈钢、铝合金气缸材料与不同配方填充PTFE活塞环材料进行配对摩擦磨损试验。通过对摩擦系数时序曲线的变化规律、摩擦副磨损前后表面形貌特征及填充PTFE磨损量的研究,选择最优摩擦学性能的气缸-活塞环的配对摩擦副。结果表明,铝合金与不锈钢表面进行PCVD处理相对于常规阳极氧化和镀铬更易在摩擦表面形成自润滑转移膜;PTFE填充碳纤维时,其摩擦系数时序曲线随磨合过程降低且较为稳定;考虑摩擦系数与相对磨损量,提出了综合摩擦系数作为配对摩擦副选材的依据;PCVD处理的铝合金材料与填充主材碳纤维PTFE的综合摩擦系数为6.1×10^(-5),具有较低的综合摩擦系数、稳定的摩擦系数时序曲线和良好的表面形貌特征,可作为气缸-活塞环的配对摩擦副的优选方案之一。

铸铁缸套与Cr-Al_(2)O_(3)活塞环配对副的摩擦磨损性能研究

采用往复式摩擦磨损试验机,从缸套、活塞环零件上切取试样进行试验,研究了摩擦时间与载荷对铸铁缸套与Cr-Al_(2)O_(3)活塞环摩擦副的磨损情况的影响。结果表明摩擦时间越长,载荷越大,则塑性变形挤压越严重。该摩擦副的磨损量与摩擦时间、载荷均成正比关系。由分析可得,铸铁缸套与Cr-Al_(2)O_(3)活塞环摩擦副的磨损机理是随着载荷的增大,从单一的因载荷所造成的黏着磨损变成了黏着磨损以及磨粒磨损的共同作用。同时随着时间的增加,缸套在反复挤压下造成了疲劳脱落。

高强化柴油机活塞环-气缸套边界润滑模型研究

高强化柴油机活塞环-气缸套在上止点处的工作环境恶劣,多处于边界润滑状态,该润滑状态对摩擦副的摩擦磨损性能具有较大影响,然而目前仍缺少相应的数值模型。本研究建立了考虑摩擦膜影响的活塞环-气缸套边界润滑模型,并对其关键参数进行了试验标定,在此基础上,对典型工况下该摩擦副摩擦系数及磨损量进行预测,并与往复摩擦磨损试验机试验结果进行对比,二者偏差小于10%,验证了该模型用于工程评价的有效性。

缸套-活塞环磨损失效分析及其表面织构强化研究

缸套-活塞环摩擦副表面磨损失效占到内燃机故障成因的三成以上。高温高压的极端条件下,缸套-活塞环之间的润滑油膜形成困难,因而易用形成表面磨损。该文结合实际工况下的缸套表面磨损形貌,分析了磨损的形式及其机理,阐述了表面织构改性技术对降低缸套内表面磨损的作用,并研究了织构形貌、分布、尺寸、面积占有率等影响因素对磨损性能的影响。研究发现:分区设计多种图案织构、选用合适的深径比和面积占有率是提升耐磨性、降低制造和维护成本的有效方式。以上研究对高性能内燃机缸套-活塞环的设计制造提供参考。

合金铸铁缸套与PVD(CrN)活塞环配对时缸套磨损机理

针对合金铸铁缸套与物理气相沉积(PVD)(CrN)活塞环配对副开展摩擦磨损试验,通过观察缸套试样在不同负荷、不同磨损时间下的表面形貌及成分,研究合金铸铁缸套与PVD(CrN)环配对时,缸套的磨损机理.研究表明:采用PVD(CrN)环与合金铸铁缸套配对,可在保证缸套磨损量略微降低的前提下,使活塞环的磨损量大幅度降低;缸套磨损表面呈现连续片状的平台形貌,无明显黏着磨损痕迹.其磨损发生的机理:缸套基体在法向负荷的作用下,发生塑性变形,在摩擦力的反复作用下,塑性流动层被挤压出接触平台表面,流动薄层在缺陷处或应力集中处发生开裂、脱落,形成磨屑.