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原文传递层状微粒添加剂影响活塞环-气缸套润滑界面摩擦磨损特性研究

论文题名：	层状微粒添加剂影响活塞环-气缸套润滑界面摩擦磨损特性研究
关键词：	船用柴油机;层状微粒添加剂;活塞环;气缸套;润滑界面;摩擦特性;磨损特性
摘要：	活塞环-气缸套作为船用柴油机重要摩擦副，其摩擦磨损性能的好坏直接影响到整机的机械效率、寿命和可靠性。随着船用柴油机强化指标的不断提高，活塞环-气缸套润滑界面的机械负荷和热负荷也随之上升，需要加强活塞环-气缸套润滑界面的减摩耐磨特性研究。研究表明，通过在润滑油中加入微粒添加剂是一种非常有效的方法，可以利用微粒自修复、抛光和填充、滑动变滚动、摩擦化学等效应来改善活塞环-气缸套的摩擦磨损行为。　　本文首先分别制备了分散效果良好的 ZnS、K2B4O7、MoS2、Ti2AlC、Ti3AlC2等微粒添加剂润滑油，以无微粒添加剂润滑油作为对照，在强化载荷工况下研究了不同温度对含有微粒添加剂润滑油摩擦磨损性能的影响，获得了微粒添加剂润滑油对活塞环-气缸套摩擦磨损性能的影响规律，分析了不同微粒作用下活塞环-气缸套产生的磨损表面形貌特征。然后，重点研究了 Ti2AlC、Ti3AlC2两种层状微粒润滑油摩擦磨损行为的差异性，分析了层状微粒润滑油产生的活塞环-气缸套磨损表面微观形貌和元素分布，明晰了摩擦表面的摩擦化学反应产物，建立了含有层状微粒润滑油的物理润滑模型，初步揭示了层状微粒与二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）相互作用的减摩耐磨机制。在此基础之上，制备了含有有机钼（MoDTC）、Ti3AlC2/MoDTC 润滑油，获得了 MoDTC 对层状微粒润滑油摩擦磨损性能的影响，分析了MoDTC和Ti3AlC2/MoDTC润滑油对应表面的微观结构和形貌、微区元素分布、摩擦化学反应产物等磨损特征，为活塞环-气缸套摩擦副润滑油添加剂的开发提供了试验依据和技术支撑。取得的主要结论如下：　　（1）在150℃、200℃、250℃等三种试验温度下，含有MoS2和Ti3AlC2微粒润滑油的摩擦磨损性能好于含有ZnS、K2B4O7、Ti2AlC微粒润滑油，其中在温度为150℃时，含有 MoS2微粒润滑油对应的摩擦系数、磨损量最低；在温度为 200℃时，含有 MoS2微粒润滑油对应的摩擦系数最低，但含 Ti3AlC2微粒润滑油对应的磨损量最低；在温度为 250℃时，含有 Ti3AlC2微粒润滑油对应的摩擦系数、磨损量最低。表面形貌表明，随着温度从150℃升高到250℃，含MoS2微粒润滑油对应的气缸套表面珩磨纹路逐渐消失，含 Ti3AlC2微粒润滑油对应的气缸套表面珩磨纹路一直得到较好保持，而含 ZnS、K2B4O7、Ti2AlC微粒润滑油对应的气缸套表面珩磨纹路保持程度都弱于含MoS2微粒和含Ti3AlC2微粒润滑油。　　（2）通过分析Ti2AlC和Ti3AlC2两种层状微粒润滑油产生的摩擦磨损行为差异性，发现相比于Ti2AlC微粒润滑油，Ti3AlC2微粒润滑油在活塞环和气缸套摩擦表面形成了更为均匀连续的细小磨痕；在 Ti3AlC2微粒润滑油作用下，ZDDP 添加剂在气缸套和活塞环表面上形成了更大区域的摩擦化学反应膜；除了在摩擦化学反应膜中检测到FeS、ZnO、TiO2、Al2O3和未被氧化的微粒之外，Ti3AlC2微粒润滑油对应的气缸套摩擦表面存在更大比例的短链磷酸盐，这些说明 Ti3AlC2微粒与 ZDDP 添加剂更能够在活塞环-气缸套摩擦副上产生了良好的协同作用，起到减少摩擦、抑制磨损的作用。　　（3）在1wt%~2.5wt%浓度范围内，含有浓度为2.0 wt %的MoDTC润滑油表现出了较低的摩擦系数和磨损量；相比于Ti3AlC2、MoDTC单独添加润滑油，Ti3AlC2/MoDTC润滑油实现了更好的摩擦磨损性能。Ti3AlC2/MoDTC润滑油对应的磨损表面形貌分析表明，Ti3AlC2微粒不仅形成了的细小磨痕，促进了 ZDDP 和 MoDTC 摩擦化学反应膜的大范围生成，而且MoDTC分解形成的MoS2和层状Ti3AlC2微粒起到了层间滑移的作用；Ti3AlC2/MoDTC 润滑油对应摩擦表面的摩擦化学反应膜中，除了检测到 FeS、MoS2、MoO3、ZnO、TiO2、Al2O3和未被氧化的微粒之外，气缸套表面还存在ZnS和链长更短的短链磷酸盐。
作者：	刘志翔
专业：	轮机工程
导师：	沈岩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022