不同润滑油缸套涂层摩擦磨损性能研究.pdf
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1、图1活塞环取样部位0引言活塞环缸套摩擦副作为柴油机重要的摩擦副之一,其摩擦磨损性能对柴油机的动力性和使用寿命有着较大影响。随着柴油机对性能要求的提高,改善活塞环缸套的摩擦磨损性能引起了广大学者的关注1-4。涂层是用一定的工艺方法,均匀喷涂在基体表面的保护膜层,对基体耐磨性的提高有着重要意义。叶子波等人5研究了金属涂层缸套的耐磨性能,发现Cr3C2喷涂缸套在200 N载荷下摩擦系数随时间的增加呈阶梯式减小。李斌等人6发现松孔镀铬活塞环摩擦系数和磨损量比镀硬铬低3.96%、53.18%。李柏强等人7发现WC-12Co涂层Q235碳钢缸套具有优良的耐磨性能,比KmTBCr8白口铸铁缸套摩擦系数要低。
2、熊春华等人8通过润滑计算模型,确定了适用于活塞环缸套的润滑油粘度指标。瞿磊等人9通过在润滑油中添加MoS2发现0.1%的MoS2有效降低了缸套摩擦系数和磨损量,并且摩擦副表面也没有出现裂纹,明显改善了活塞环缸套的摩擦磨损性能。综上所述,通过表面处理工艺和改善润滑条件来提高活塞环缸套摩擦磨损性能是可行的,并且具有更大的发展和应用潜力。因此,本研究通过一系列试验,在不同润滑状态下研究了DLC涂层对缸套的摩擦系数、磨损量的影响,并通过扫描电镜观察磨损形貌。结果表明,涂层对缸套磨损量的影响很大,不同粘度的润滑油对摩擦系数影响也大,但是不同粘度的润滑油对磨损量的影响较小。1试验材料及方法1.1试验材料试
3、验采用合金钢活塞环,取6份长度为8 mm的样块,其取样部位示意图如图1所示。试验采用DLC涂层铸铁气缸套,涂层为DLC,分别在有无涂层区域取6份15 mm43 mm的样块,取样部位示意图如图2所示。缸套表面原始形貌如图3(a)(b)所示,由图可以看出有涂层的样块表面有许多凹坑,这是涂层的喷涂孔隙,有利于存储润滑油。5W-30和10W-40润滑油为市场通用润滑油。1.2试验方法采用UMT-3摩擦磨损试验机进行往复式摩擦磨损试验,载荷为400 N,行程为15 mm,频率16.67 Hz,不同润滑油缸套涂层摩擦磨损性能研究李世永龚军振张春明王思阳帅明轩(潍柴动力股份有限公司,山东 潍坊 261061
4、)摘要:为了研究不同型号润滑油对有无涂层缸套摩擦磨损性能的影响,采用往复式摩擦磨损试验机进行样块试验,对DLC活塞环与有无涂层缸套及5W-30和10W-40润滑油进行配对对比试验,并通过扫描电镜观察其磨损后的缸套表面形貌。结果表明:5W-30和10W-40有涂层的样块平均摩擦系数分别为0.065 01和0.11,无涂层的样块平均摩擦系数为0.078 46和0.116;5W-30和10W-40有涂层的样块平均磨损量分别为0.317 m和0.274 m,无涂层的样块平均磨损量为1.688 m和1.861 m。结论:在相同试验条件下,有涂层样块的摩擦系数小于无涂层样块的摩擦系数,磨损量远小于无涂层区
5、域的磨损量;在相同试验条件下,使用5W-30润滑油的摩擦系数小于使用10W-40的摩擦系数;涂层样块使用5W-30润滑油的磨损量略大于使用10W-40的磨损量;无涂层样块使用5W-30润滑油的磨损量略小于使用10W-40的磨损量;有无涂层对磨损量的影响很大,不同粘度的润滑油对摩擦系数的影响很大,但是不同粘度的润滑油对磨损量的影响较小。关键词:DLC活塞环;涂层;润滑油;气缸套;摩擦磨损中图分类号:TK421文献标志码:A文章编号:1671-0797(2023)17-0080-05DOI:10.19514/32-1628/tm.2023.17.022工艺与技术Gongyi yu Jishu80图
6、5试验流程温度120,摩擦4 h,选择5W-30和10W-40两种润滑油,滴油速度为0.1 mL/min。为减小试验误差,分别进行3次试验对其求平均值,试验方案如表1所示。试验装置为UMT-3摩擦磨损试验机,如图4所示。试验流程如图5所示,每次试验结束后,将样块放入超声清洗机中清洗15 min,清洗介质为酒精。采用三维形貌仪NPFLEX测量磨痕宽度、深度,采用扫描电镜(SUPRATM55)对试验后的样块磨损表面形貌进行观察。2试验结果与分析2.1摩擦系数和磨损量表2、表3显示了使用不同型号的润滑油时样块的摩擦系数和磨损量的试验结果。根据表2、表3绘制对比图形,如图6所示。结合表2、表3及图6可
7、以看出,使用5W-30润滑油时,无涂层样块的平均摩擦系数为0.078 46,有涂层样块的平均摩擦系数为0.065 01,降低了17%;无涂层样块的平均磨损量为1.688滋m,有涂层样块的平均磨损量为0.317滋m,降低了81%。使用10W-40润滑油时,无涂层样块的平均摩擦系数为0.116,有涂层样块的平均摩擦系数为0.11,降低了5%;无涂层样块的平均磨损图2缸套取样部位图3缸套表面形貌缸套试验次数3活塞环润滑油5W-30涂层区域3合金钢活塞环10W-405W-303无涂层区域10W-403表1试验方案图4试验装置Gongyi yu Jishu工艺与技术81图6使用不同型号润滑油时样块的摩擦
8、系数与磨损量润滑油平均磨损量/滋m5W-300.3171.688有涂层无涂层平均摩擦系数磨损量/滋m0.065 010.2160.3460.390.078 461.6021.6451.818样块编号123123摩擦系数0.063 070.064 870.067 090.080 790.075 590.079 01量为1.861滋m,有涂层样块的平均磨损量为0.274滋m,降低了85%。同时也可以看出,使用5W-30润滑油的样块摩擦系数小于使用10W-40的摩擦系数,说明了样块不同粘度的润滑油对摩擦系数影响较大。2.2磨损表面形貌图7为试验后缸套有涂层磨损量数据,图8为试验后缸套无涂层磨损量数据
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