机车发动机活塞环槽表面强化处理及摩擦磨损性能研究

论文摘要

机车发动机活塞钢顶环槽与活塞环之间的磨损是机车发动机燃烧室内的几处主要磨损之一。但由于活塞钢项环槽位置与结构的特殊性,对这对摩擦副进行耐磨强化处理的研究相对较少,导致活塞钢顶环槽表面超限磨损严重,已经成为活塞失效的主要原因。本文针对这一状况,选用了表面淬火、盐浴软氮化、阴极弧表面生成TiN薄膜手段,对活塞环槽表面进行强化耐磨处理,并利用等离子硫化的手段对活塞环进行处理,从中选择最优的方式来改善活塞环槽表面磨损状况。主要工作内容如下:1.在发动机内几对关键的摩擦副之间加入“摩圣"颗粒添加剂润滑油,对摩擦副进行润滑。实验证明:“摩圣”颗粒添加剂未能对这几对摩擦副起到很明显的减磨润滑作用。2.对各活塞环槽试样进行不同的表面强化处理,并利用未处理的活塞环试样与各种处理后的活塞环槽试样进行摩擦磨损试验。通过对摩擦系数、磨损量等有效数据的分析,确定了阴极弧表面生成TiN薄膜强化手段是最为理想的处理方式。3.对活塞环进行离子硫化处理,并利用处理后的试样与不同的钢顶环槽试样进行摩擦磨损试验。通过摩擦系数、磨损量的对比及试样磨损表面的能谱分析,得到了离子硫化处理对于降低活塞环槽表面磨损起到了良好的效用。经过实验测定与分析,利用阴极弧等离子手段在活塞环槽表面生成强化薄膜是一种增强活塞环槽表面耐磨性能的有效方式,加之对活塞环进行离子硫化处理,会使得活塞环槽与活塞环之间的摩擦系数、磨损量明显降低,能有效地延长活塞的使用寿命。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1.绪论
• 1.1 内燃机活塞内部的磨损状况
• 1.2 国内外的研究状况
• 1.2.1 活塞环槽表面强化研究
• 1.2.2 活塞环处理概念
• 1.3 论文的研究内容和方法
• 2.活塞环槽与活塞环减磨处理工艺
• 2.1 盐浴软氮化
• 2.1.1 盐浴软氮化技术的发展及特点
• 2.1.2 盐浴软氮化反应机理与氮化层特点
• 2.2 表面高频感应淬火
• 2.3 阴极弧离子表面成膜强化处理
• 2.3.1 等离子薄膜的发展及应用
• 2.3.2 阴极弧等离子表面成膜
• 2.3.3 TiN薄膜的性能与应用
• 2.4 离子硫化处理
• 2.4.1 离子硫化原理
• 2.4.2 硫化层的特性与应用
• 2.5 添加剂润滑油表面再生技术
• 3.磨损活塞失效分析
• 3.1 活塞钢顶的结构
• 3.2 活塞钢顶环槽磨损表面分析
• 3.3 活塞环槽与活塞环的磨损状况对比
• 4.自修复添加剂润滑油试验
• 4.1 润滑作用与润滑状态
• 4.2 摩擦表面自修复技术概述
• 4.3 自修复添加剂润滑油模拟试验方法
• 4.3.1 内燃机摩擦副的材质与工况
• 4.3.2 模拟摩擦磨损试验方案
• 4.4 自修复添加剂润滑油试验结果和讨论
• 4.5 本章小结
• 5.摩擦磨损性能分析
• 5.1 实验材料及方法
• 5.1.1 摩擦磨损试验装置和原理
• 5.1.2 实验材料
• 5.1.3 摩擦磨损试验方法
• 5.2 表面淬火、盐浴软氮化处理试样的摩擦磨损性能
• 5.2.1 磨损外观及微观形貌
• 5.2.2 摩擦系数
• 5.2.3 磨损量
• 5.3 强化薄膜的制备与磨损性能
• 5.3.1 成膜试样的处理
• 5.3.2 耐磨薄膜的制备
• 5.3.3 TiN薄膜试样的摩擦性能
• 5.3.3.1 TiN薄膜试样的表面硬度
• 5.3.3.2 磨损后试样的表面形貌
• 5.3.3.3 两试样的摩擦系数与磨损量
• 5.3.4 表面成膜强化处理耐磨性能总结
• 5.4 本章小结
• 6.离子硫化处理及磨损性能测试
• 6.1 活塞环离子硫化
• 6.1.1 活塞环的硫化处理
• 6.1.2 硫化层的性能测定
• 6.2 硫化活塞环块与各试样的磨损分析
• 6.2.1 各试样表面磨损后的宏观与微观形貌
• 6.2.2 各试样磨损的摩擦系数与磨损量
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 主要结论
• 展望
• 参考文献
• 作者简介及发表的论文