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原文传递高硅铝合金缸套表面整形及其对摩擦磨损性能影响研究

论文题名：	高硅铝合金缸套表面整形及其对摩擦磨损性能影响研究
关键词：	汽车发动机;高硅铝合金缸套;表面整形;摩擦磨损性能
摘要：	轻量化是汽车节能的一个重要途径。采用高硅铝合金缸套-缸体一体化的缸体结构可以使体积及重量减小，是中小功率的发动机节能设计的一条有效途径。为了改善高硅铝合金缸套的摩擦磨损性能，需要采用表面整形的方法去除硅颗粒表面的铝层，并使硅颗粒凸出表面、圆化其边角。　　本文首先研究了传统使用的化学刻蚀整形方法，针对不同的应用需求，提出了机械珩磨整形和激光烧蚀整形两种新的整形方法，以摩擦磨损性能为目标，优化整形参数，并研究了高硅铝合金缸套表面整形对摩擦磨损性能的影响机制。得到的主要结论如下: 　　(1)在20℃下采用5％的NaOH溶液对高硅铝合金缸套进行化学刻蚀整形，随着刻蚀时间的增加，硅颗粒凸出高度近似线性增大，摩擦系数和磨损量呈现先降低后增高的趋势，当刻蚀时间为2min时，硅颗粒凸出高度为1.1μm，摩擦系数和磨损量均最小。　　(2)提出了一种新的机械珩磨整形方法，研制了新型的机械珩磨整形设备。该设备可同时进行旋转运动和直线往复运动，具有加工效率高、成本低的特点。随着机械珩磨整形时间的增加，硅颗粒凸出高度也近似线性增大，摩擦系数和磨损量都呈现先降低后增高的趋势，但最小值对应的整形时间有所区别。当整形时间为1min～2min时，摩擦系数较低，硅颗粒凸出高度为0.5μm～1.2μm;而在2min～3min时，磨损量较低，硅颗粒凸出高度为1.2μm～2.5μm。当整形时间为2min时，硅颗粒凸出高度为1.2μm，摩擦系数和磨损量均处于较小的范围。　　(3)提出了一种新的激光烧蚀整形方法，随着激光功率的增大，硅颗粒凸出高度呈线性增大，伴随小幅波动;随着扫描速度增大，硅颗粒凸出高度呈现减小趋势。摩擦系数和磨损量随着激光功率、激光扫描速度的增加而呈现先降低后增高的趋势，当激光功率为1000W，扫描速度为600mm/min时，硅颗粒凸出高度为1.2μm，摩擦系数和磨损量均最小。　　(4)三种整形方法均可清除高硅铝合金缸套硅颗粒表面的残留铝，并使硅颗粒凸出，避免活塞环与铝的直接接触，相对凹下的铝基体可储油、加强润滑，减少摩擦和磨损。化学刻蚀整形不能改变硅颗粒边角的形状，刻蚀加工后缸套表面硅颗粒边缘尖锐;机械珩磨整形使硅颗粒表面有残留毛刺，但加工效率高，成本低;激光烧蚀整形质量较好，无明显的缺陷，但效率偏低、成本较高。三种整形方法中激光烧蚀整形的摩擦系数和磨损量最小;化学刻蚀整形和激光烧蚀整形在硅颗粒凸出高度为1.1μm～1.2μm时，高硅铝合金缸套的摩擦磨损性能较好;机械珩磨整形的硅颗粒的圆角曲率半径较大，硅颗粒凸出高度为0.5μm～1.2μm时摩擦性能较好，硅颗粒凸出高度为1.2μm～2.5μm时，磨损性能较好，可加工范围较大。　　(5)通过流场分析可知，与尖角的凸出硅颗粒相比，圆角减少了涡流出现的几率，润滑油承载效果好，油膜不易破裂，提升了润滑效果，使摩擦副的摩擦系数降低。通过接触应力分析可知，与尖角的凸出硅颗粒相比，圆角减少了应力集中，减小了接触应力和摩擦力，降低了硅颗粒破损的几率，使摩擦系数和磨损量降低。表面硅颗粒凸出且边角圆化的结构改善了高硅铝合金缸套的摩擦磨损性能。
作者：	李承娣
专业：	载运工具运用工程
导师：	徐久军
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文