激光微造型表面摩擦磨损性能研究

1、激光微造型表面摩擦磨损性能研究         缸套和活塞环是内燃机一对重要的摩擦副，其摩擦学性能直接影响到内燃机的功率输出、使用寿命、油耗以及燃烧排放等重要指标。该摩擦副的工作环境恶劣，经常处于高温、高压、高速和高冲击负荷状态。在气缸与活塞环之间存在着从边界润滑、棍合润滑到完全流体润滑的各种状态，其磨损也包含着磨粒磨损、粘着磨损和腐蚀磨损等多种形式。理论研究和大量工程实践表明，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润滑油膜的形成从而减小摩擦磨损。但是，对于传统的机械珩磨和平台珩磨，其珩磨沟槽是随机形成的，紊乱

2、无序，难以人为控制。激光表面微造型技术因其具有快速、低耗、清洁和易控制等一系列优点.被认为是一种特别适用的表面微造型手段。20世纪90年代后期，德国Gehring公司提出缸套激光珩磨技术概念(Laser Hoping)，利用高能量密度的激光束.进行工件表面的激光刻划，形成规则的珩磨沟槽，以显著改善润滑状况。德国Gehring公司和奥地利Opel Powertrain公司的应用研究表明，与采用平台珩磨缸套的发动机相比，采用激光珩磨缸套，可使发动机的磨损、排放及油耗等方面的性能指标得到明显的改善。近年来，先后有学者开展了激光微造型技术在一些重要摩擦副，如缸套活塞环、机械密封、以及推力轴承，等方面的

3、应用研究。文献8研究表明摩擦副表面采用激光微造型处理能很好地适应高速、重载和高粘度润滑油场合。国内林子光研究了IAG激光网纹状淬火处理技术，通过在汽缸壁上形成诸多的"微油池"，有利于活塞环与汽缸壁间的润滑。为了考核激光微造型摩擦副表面的润滑减摩、耐磨性能，本文作者利用"往复式发动机缸套/活塞环摩擦磨损模拟试验装置"，分别对光滑缸套试件和激光网纹缸套试件，在3种不同工况条件下，进行摩擦磨损性能对比试验研究。1试验条件及方法1.1试件制备    本研究采用二极管泵浦Nd;  YAG激光微造型设备激光器光束模式为TTM0

4、0输出波长有1 064 nm和532nm 2种。采用声光调Q控制产生脉冲激光，调Q重复频率150 kHz。光束质量系数M2< 2，发散角小于3 mrad，脉冲宽度小于或等于70 ns。该设备具有多维工作台联动，以及调Q开关、伺服电机、气阀、光闸联动控制等功能，可精确控制单个激光脉冲的输出。采用优化的激光工艺参数和特定的辅助工艺措施进行激光微造型加工。获得设计所要求的表面微观几何形貌，并经过抛光处理，以去除激光微加土产生的毛刺和熔渣试件种类及具休要求如表1所示试验用缸套磨损试件如图1所示。采用WykoNT1100测量的激光造型缸套试件表面网纹及三维形貌，结果如图2 (a)，(b)所示.1.

5、2试验装置    试验采用合肥工业大学"往复式发动机缸套/活塞环摩擦磨损模拟试验装置"它是集压力、速度及供油可调节和摩擦力、温度测量等多种功能于一体的摩擦磨损实验设备。试验台主要结构如图3所示。用以实现往复运动的曲柄滑块机构取自一实际的内燃机曲轴一连杆一活塞系统，曲柄由电机驱动。活塞上固定一长杆及夹具带动上下活塞环试件与上下缸套试件作滑动摩擦.)润滑油由一可调节油量的油杯送至摩擦表面.1.3试验方法    摩擦磨损性能对比试验在3种不同工况下进行，具体如表2所示。磨损实验前所有试件经抛光处理后，超声清洗，用丙酮清洗试样块，吹干后用天平称重(取2次称重均值)。试验通过杠杆作用加载，试件上实际作用的载荷为68.6 N。首先加载9. 8 N，曲柄转速600 r/min，跑合1h。跑合完成后调速至所需值，逐级加载至所需值。每次载荷增加4. 9 N，每级载荷至少运行30 min。载荷加到设定值后再持续运