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活塞环涂层在油润滑和存在乙醇燃料时的摩擦学性能研究

赵晚成  
【摘要】:活塞环材料属性和发动机油配方是影响活塞环/缸套系统摩擦学性能的主要因素;同时乙醇燃料的存在也会影响活塞环/缸套系统摩擦学性能;它们之间存在着相互影响、相互制约的配伍效应。本文通过考察四种活塞环材料(渗氮、CrN、B4C和WS2)在不含/含有MoDTC摩擦改进剂的GF-3全配方发动机油润滑下的摩擦学性能及乙醇燃料的存在对摩擦学性能的影响,分析了活塞环材料属性、发动机油配方和乙醇燃料之间的摩擦学配伍性对活塞环/缸套系统的摩擦学性能的影响。 利用SRV高温摩擦磨损试验机模拟发动机运行条件,考察了四种活塞环在GF-3全配方发动机油润滑下的摩擦学性能。对磨损表面的分析结果表明,摩擦反应膜以ZDTP和磺酸钙清净剂反应生成的磷酸钙为主体,其生成依赖于ZDTP与缸套试样表面Fe2O3之间的摩擦化学反应,主要存在于缸套试样摩擦表面。具有高硬度、低粗糙度及与基体结合良好的活塞环材料能促进摩擦反应膜在缸套摩擦表面的形成与扩展,使摩擦反应膜呈大面积片状分布,从而具有更好的摩擦学性能。 在GF-3发动机油中添加MoDTC摩擦改进剂后,四种活塞环的摩擦系数都能大大降低,至试验结束时都能降至0.03左右。MoDTC在摩擦条件下解聚,生成具有良好减摩性能的MoS2和MoO3并弥散到以磷酸钙为主体的摩擦反应膜中,从而大大降低摩擦系数。摩擦系数的下降速度和活塞环材料的属性有关,高硬度、粗糙度低及与基体的良好结合可以促进摩擦系数的下降。 评价了乙醇燃料的存在对于CrN环/缸套摩擦副摩擦学性能的影响。摩擦学试验与分析结果表明,乙醇燃料具有一定的润滑性。乙醇燃料的存在不影响全配方发动机油的润滑效果与摩擦反应过程。乙醇燃料的存在会导致摩擦表面的腐蚀磨损,并随着乙醇燃料含量的增加或酸度的提高而变得更为严重。乙醇燃料可以在特定条件下生成酯类物质,提供良好的润滑效果。


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