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)是內燃機一對重要的摩擦副，其摩擦學性能直接影響到內燃機的功率輸出、使用壽命、油耗以及燃燒排放等重要指標。該摩擦副的工作環(huán)境惡劣，經常處于高溫、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90年代后期，德國Gehring公司提出缸套激光珩磨技術概念(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得到明顯的改善。近年來，先后有學者開展了激光微造型技術在一些重要摩擦副，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高速、重載和高粘度潤滑油場合。國內林子光研究了IAG激光網紋狀淬火處理技術，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Q控制產生脈沖激光，調Q重復頻率150 kHz。光束質量系數(shù)M2< 2，發(fā)散角小于3 mrad，脈沖寬度小于或等于70 ns。該設備具有多維工作臺聯(lián)動，以及調Q開關、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。獲得設計所要求的表面微觀幾何形貌，并經過拋光處理，以去除激光微加土產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紋及三維形貌，結果如圖2 (a)，(b)所示.1.

5、2試驗裝置    試驗采用合肥工業(yè)大學"往復式發(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備。試驗臺主要結構如圖3所示。用以實現(xiàn)往復運動的曲柄滑塊機構取自一實際的內燃機曲軸一連桿一活塞系統(tǒng)，曲柄由電機驅動。活塞上固定一長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，曲柄轉速600 r/min，跑合1h。跑合完成后調速至所需值，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。載荷加到設定值后再持續(xù)運