激光微造型表面摩擦磨損性能研究

1、激光微造型表面摩擦磨損性能研究         缸套和活塞環(huán)是內(nèi)燃機一對重要的摩擦副，其摩擦學(xué)性能直接影響到內(nèi)燃機的功率輸出、使用壽命、油耗以及燃燒排放等重要指標(biāo)。該摩擦副的工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常處于高溫、高壓、高速和高沖擊負荷狀態(tài)。在氣缸與活塞環(huán)之間存在著從邊界潤滑、棍合潤滑到完全流體潤滑的各種狀態(tài)，其磨損也包含著磨粒磨損、粘著磨損和腐蝕磨損等多種形式。理論研究和大量工程實踐表明，摩擦副表面并非越光滑越好，一定的表面粗糙度反而有利于潤滑油膜的形成從而減小摩擦磨損。但是，對于傳統(tǒng)的機械珩磨和平臺珩磨，其珩磨溝槽是隨機形成的，紊亂

2、無序，難以人為控制。激光表面微造型技術(shù)因其具有快速、低耗、清潔和易控制等一系列優(yōu)點.被認為是一種特別適用的表面微造型手段。20世紀(jì)90年代后期，德國Gehring公司提出缸套激光珩磨技術(shù)概念(Laser Hoping)，利用高能量密度的激光束.進行工件表面的激光刻劃，形成規(guī)則的珩磨溝槽，以顯著改善潤滑狀況。德國Gehring公司和奧地利Opel Powertrain公司的應(yīng)用研究表明，與采用平臺珩磨缸套的發(fā)動機相比，采用激光珩磨缸套，可使發(fā)動機的磨損、排放及油耗等方面的性能指標(biāo)得到明顯的改善。近年來，先后有學(xué)者開展了激光微造型技術(shù)在一些重要摩擦副，如缸套活塞環(huán)、機械密封、以及推力軸承，等方面的

3、應(yīng)用研究。文獻8研究表明摩擦副表面采用激光微造型處理能很好地適應(yīng)高速、重載和高粘度潤滑油場合。國內(nèi)林子光研究了IAG激光網(wǎng)紋狀淬火處理技術(shù)，通過在汽缸壁上形成諸多的"微油池"，有利于活塞環(huán)與汽缸壁間的潤滑。為了考核激光微造型摩擦副表面的潤滑減摩、耐磨性能，本文作者利用"往復(fù)式發(fā)動機缸套/活塞環(huán)摩擦磨損模擬試驗裝置"，分別對光滑缸套試件和激光網(wǎng)紋缸套試件，在3種不同工況條件下，進行摩擦磨損性能對比試驗研究。1試驗條件及方法1.1試件制備    本研究采用二極管泵浦Nd;  YAG激光微造型設(shè)備激光器光束模式為TTM0

4、0輸出波長有1 064 nm和532nm 2種。采用聲光調(diào)Q控制產(chǎn)生脈沖激光，調(diào)Q重復(fù)頻率150 kHz。光束質(zhì)量系數(shù)M2< 2，發(fā)散角小于3 mrad，脈沖寬度小于或等于70 ns。該設(shè)備具有多維工作臺聯(lián)動，以及調(diào)Q開關(guān)、伺服電機、氣閥、光閘聯(lián)動控制等功能，可精確控制單個激光脈沖的輸出。采用優(yōu)化的激光工藝參數(shù)和特定的輔助工藝措施進行激光微造型加工。獲得設(shè)計所要求的表面微觀幾何形貌，并經(jīng)過拋光處理，以去除激光微加土產(chǎn)生的毛刺和熔渣試件種類及具休要求如表1所示試驗用缸套磨損試件如圖1所示。采用WykoNT1100測量的激光造型缸套試件表面網(wǎng)紋及三維形貌，結(jié)果如圖2 (a)，(b)所示.1.

5、2試驗裝置    試驗采用合肥工業(yè)大學(xué)"往復(fù)式發(fā)動機缸套/活塞環(huán)摩擦磨損模擬試驗裝置"它是集壓力、速度及供油可調(diào)節(jié)和摩擦力、溫度測量等多種功能于一體的摩擦磨損實驗設(shè)備。試驗臺主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。用以實現(xiàn)往復(fù)運動的曲柄滑塊機構(gòu)取自一實際的內(nèi)燃機曲軸一連桿一活塞系統(tǒng)，曲柄由電機驅(qū)動?；钊瞎潭ㄒ婚L桿及夾具帶動上下活塞環(huán)試件與上下缸套試件作滑動摩擦.)潤滑油由一可調(diào)節(jié)油量的油杯送至摩擦表面.1.3試驗方法    摩擦磨損性能對比試驗在3種不同工況下進行，具體如表2所示。磨損實驗前所有試件經(jīng)拋光處理后，超聲清洗，用丙酮清洗試樣塊，吹干后用天平稱重(取2次稱重均值)。試驗通過杠桿作用加載，試件上實際作用的載荷為68.6 N。首先加載9. 8 N，曲柄轉(zhuǎn)速600 r/min，跑合1h。跑合完成后調(diào)速至所需值，逐級加載至所需值。每次載荷增加4. 9 N，每級載荷至少運行30 min。載荷加到設(shè)定值后再持續(xù)運