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气缸套表面微坑填充自润滑材料后的摩擦学行为研究
| 论文题名： | 气缸套表面微坑填充自润滑材料后的摩擦学行为研究 |
| 关键词： | 船舶柴油机;气缸套;表面微织构;固体润滑材料;摩擦学行为 |
| 摘要： | 随着船舶柴油机爆发压力和功率密度的不断提高，缸套-活塞环摩擦副产生的摩擦功耗增大以及磨损、拉缸现象加剧的问题日益严重，改善缸套-活塞环摩擦副的摩擦磨损性能对提高柴油机的可靠性和机械效率具有重要意义。表面微织构技术作为一种新兴的表面强化技术，近年来受到了广泛关注。而将表面微织构技术与固体润滑材料相结合，制备的复合润滑结构可以有效提高缸套-活塞环摩擦副在苛刻工况条件下的摩擦磨损性能。 以球墨铸铁气缸套为研究对象，利用激光刻蚀技术在气缸套内表面加工出一定几何尺寸的微凹坑，利用硅烷偶联剂将有机固体润滑材料聚四氟乙烯（PTFE）和无机固体润滑材料二硫化钨（WS2）分别填充至微凹坑中，从而制得复合润滑结构。首先利用往复式摩擦磨损试验机考察复合润滑结构的减摩性能，获得最佳的微凹坑参数。然后在最佳微凹坑参数的基础上，对采用不同方法处理的试样在常温工况下的减摩性能、高温（200℃）工况下的减摩性能以及抗粘着磨损性能进行测试，最后设计了超声侵蚀试验，以验证硅烷偶联剂对微坑内填充固体润滑材料的释放性能的影响。主要研究成果如下： （1）对于微织构复合PTFE的试样，最佳的微凹坑参数为深度120μm，直径400μm；对于微织构复合WS2的试样，最佳的微凹坑参数是深度350μm，直径800μm。常温工况下，相对于未处理的原始试样，微织构复合PTFE试样的摩擦系数降低了26.2%；微织构复合WS2的试样的摩擦系数降低了17.1%。高温（200℃）工况下，相对于未处理的原始试样，微织构复合PTFE试样的摩擦系数降低了18.9%，微织构复合WS2试样的摩擦系数降低了21.5%。微织构复合有机固体润滑材料与无机固体润滑材料均能有效降低气缸套试样的摩擦系数，常温工况下，微织构复合PTFE试样的减摩性能更优；高温（200℃）工况下，微织构复合WS2试样的减摩性能更好。 （2）复合润滑结构能够延长试样的抗粘着磨损时间。相比于未处理的试样，微织构复合PTFE试样的抗粘着磨损时间延长了6.3倍；微织构复合WS2试样的抗粘着磨损时间延长了6.4倍。 （3）硅烷偶联剂可增强固体润滑材料与基体的结合强度，降低微坑内固体润滑材料的释放速率，延长复合润滑结构的作用时效。与采用机械压制填充固体润滑材料相比，经过硅烷偶联剂的修饰后，微织构复合PTFE试样的释放速率降低了49.1%，微织构复合WS2试样的释放速率降低了50.5%。 |
| 作者： | 徐长旗 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 朱新河;付景国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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