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活塞环表面液相等离子体电解渗氮处理工艺

中国表面工程 2020年第5期33卷 47-55页

作者：朱宗宁赵鸿岳梅德清赵卫东陈晨陶俊江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013 江苏苏扬包装股份有限公司扬州211400

以甲酰胺作为渗剂、氯化铵作为导电盐,配制电解液,以活塞环为阴极和不锈钢棒为阳极,对活塞环进行了液相等离子体电解渗氮(PEN)处理,并对处理后的活塞环表面渗氮改性层的结构、元素分布及相组成等特征进行了分析,探究了PEN工艺操作参数... 详细信息

以甲酰胺作为渗剂、氯化铵作为导电盐,配制电解液,以活塞环为阴极和不锈钢棒为阳极,对活塞环进行了液相等离子体电解渗氮(PEN)处理,并对处理后的活塞环表面渗氮改性层的结构、元素分布及相组成等特征进行了分析,探究了PEN工艺操作参数对改性层的硬度和摩擦学性能的影响。结果表明:在有机电解液体系下进行活塞环表面电解渗氮处理会同时渗入N、C两种元素,但以渗N为主;活塞环表面的PEN改性层由化合物层、扩散层和过渡层组成,改性层中N元素的含量由表及里逐渐降低;改性层的主要相组成为铁的氮化物Fe2-3N、Fe4N和铁的碳化物Fe3C等强化相;改性层的最大硬度可达基体硬度的3倍,且随工作电压提高、处理时间延长和频率降低而增大;摩擦试验表明活塞环试样经PEN处理后其摩擦因数会增大,但对工作电压、处理时间和频率等工艺参数进行合理控制,便能够通过提高活塞环表面硬度和储油能力来抑制因摩擦因数增大而导致的磨损率升高。

关键词：活塞环表面处理等离子体电解渗氮硬度摩擦因数磨损率

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活塞环/缸套摩擦副表面织构优化设计方法

润滑与密封 2023年第9期48卷 133-139页

作者：张迪顾春兴上海海事大学商船学院上海201306 上海建桥学院机电学院上海201306 上海理工大学机械工程学院上海200093

应用表面织构改善活塞环/缸套摩擦副的摩擦学特性,是改善其工作经济性、可靠性的最有效手段之一。以质量守恒润滑模型与微凸体接触模型为基础,构建面向织构系统的混合润滑模型。在混合润滑模型的基础上,通过选择合适的活塞环/缸套摩擦... 详细信息

应用表面织构改善活塞环/缸套摩擦副的摩擦学特性,是改善其工作经济性、可靠性的最有效手段之一。以质量守恒润滑模型与微凸体接触模型为基础,构建面向织构系统的混合润滑模型。在混合润滑模型的基础上,通过选择合适的活塞环/缸套摩擦副性能评价指标,确定优化活塞环/缸套摩擦副性能的目标函数,结合粒子群优化算法,研究一种在活塞环表面对不同深度微凹坑进行优化设计的新方法。基于大量的数值模拟试验可以发现,具有优化织构深度的微织构可以提高活塞环/缸套摩擦副摩擦学性能,提高了承载能力,降低了摩擦力,验证了所提出的织构优化设计方法是可行的。

关键词：混合润滑数值模拟织构活塞环优化设计

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活塞环和气缸套表面形貌对润滑性能的影响

车用发动机 2023年第3期 1-7,16页

作者：孔令春白书战李国祥山东大学能源与动力工程学院山东济南250061

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响,建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型,分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现,当转速升高时... 详细信息

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响,建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型,分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现,当转速升高时,摩擦功耗升高,影响发动机效率;活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合,能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平;综合粗糙度一致时,采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合,能有效降低摩擦功耗。

关键词：柴油机活塞环气缸套摩擦功耗表面形貌润滑特性

活塞环表面等离子电解沉积陶瓷涂层的试验研究

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第6期37卷 178-186页

作者：姚江微赵卫东梅德清朱昭君陆海丰田立安江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 江苏江淮动力有限公司江苏盐城224001 常州昊安环境工程有限公司江苏常州213000

为提升活塞环性能,采用液相等离子体电解沉积陶瓷涂层的技术方案,进行了活塞环表面强化的试验研究。分析了工作电压、处理时间和基体表面粗糙度对涂层结合力的影响规律,表征了PED陶瓷涂层的形貌和相组成。在此基础上,对比分析研究了PED... 详细信息

为提升活塞环性能,采用液相等离子体电解沉积陶瓷涂层的技术方案,进行了活塞环表面强化的试验研究。分析了工作电压、处理时间和基体表面粗糙度对涂层结合力的影响规律,表征了PED陶瓷涂层的形貌和相组成。在此基础上,对比分析研究了PED陶瓷活塞环的硬度、摩擦学性能、耐腐蚀性能。研究结果表明:PED陶瓷涂层表面呈蜂窝状形貌,涂层的相由γ-Al_(2)O_(3)相和α-Al_(2)O_(3)相构成,且以α-Al_(2)O_(3)相为主晶相;PED陶瓷涂层与基体的结合力随工作电压的提高及处理时间的延长,均呈先增大后减小的趋势,随基体表面粗糙度的增大而增加。经PED处理后,试样的表面硬度可达1 185HV,其摩擦系数和磨损率分别降低了6.4%、29.4%;极化电阻提升至1.75×10^(4)Ω·cm^(2),较未处理活塞环提高一个数量级以上。

关键词：活塞环液相等离子体电解沉积结合力磨损率极化电阻

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活塞环表面液相等离子体电解碳硼共渗研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第4期37卷 123-132页

作者：赵卫东朱昭君姚江微梅德清江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

活塞环表面强化可减少活塞环缸套摩擦磨损,提高机械效率,是商用车低碳化战略实现的重要途径与保障。为提升活塞环性能,尝试采用液相等离子体电解碳硼共渗(PEC/B)的技术方案,进行了活塞环表面改性的研究,系统探究了操作参数对工件表面形... 详细信息

活塞环表面强化可减少活塞环缸套摩擦磨损,提高机械效率,是商用车低碳化战略实现的重要途径与保障。为提升活塞环性能,尝试采用液相等离子体电解碳硼共渗(PEC/B)的技术方案,进行了活塞环表面改性的研究,系统探究了操作参数对工件表面形貌、硬度、相组成、截面形貌、元素分布和摩擦学性能的影响规律。研究结果表明,改性层主要由渗硼层和渗碳过渡层组成,渗硼层主要组成相为Fe 2B,渗碳过渡层的主要组成相为Fe 3C,渗碳处理可有效提升渗硼效率。改性层厚度最大可达15μm以上,渗硼层硬度最大可达1460HV。经碳硼共渗处理后,工件的摩擦因数、磨损率约为未处理工件的11%、7%,摩擦学性能显著提升。液相等离子体电解碳硼共渗为活塞环性能的提升提供了切实可行的技术途径。

关键词：活塞环液相等离子体碳硼共渗摩擦因数磨损率

基于格子Boltzmann方法的活塞环润滑和油膜流动研究

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内燃机工程 2023年第3期44卷 10-16页

作者：房金伟黎苏刘晓日河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

使用不可压缩格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)对活塞环进行润滑和流动计算,采用基于非平衡外推和空间插值的方法来重构活塞环几何形状和界面速度边界,通过Reynolds方程验证了LBM的可行性。在此基础上,建立了3种不同的... 详细信息

使用不可压缩格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)对活塞环进行润滑和流动计算,采用基于非平衡外推和空间插值的方法来重构活塞环几何形状和界面速度边界,通过Reynolds方程验证了LBM的可行性。在此基础上,建立了3种不同的活塞环桶面轮廓,研究了不同活塞环桶面轮廓对润滑和流动的影响,获得了润滑区域的速度分布和流线图。结果表明,在相同条件下,随着桶面偏移量的增加,峰值压力和承载力增加;在几何收敛区域内,润滑油沿流动方向流速快的流体占比逐渐增加;在活塞环入口位置捕捉到了涡流和反向速度分量的存在,随着桶面偏移的增大,涡流区有扩大的趋势。应用LBM计算活塞环润滑是可行的。

关键词：活塞环格子Boltzmann法流体动力润滑油膜压力速度分布

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活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

表面技术 2018年第6期47卷 195-201页

作者：万轶李建亮熊党生南京航空航天大学金城学院机电工程系南京211156 南京理工大学材料科学与工程学院南京210094

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面... 详细信息

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。

关键词：活塞环表面织构化协同润滑作用摩擦学性能

基于缸套失圆的活塞环结构参数对密封与摩擦性能的影响研究

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内燃机工程 2023年第1期44卷 34-44页

作者：毕玉华宋健平陈思吉王治于凤荣温世杰昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650500 中国北方发动机研究所(天津) 天津300400

以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,采用仿真和测试相结合的方法,建立了整机耦合装配模型与活塞环组动力学模型,研究了干式缸套的失圆变形。在考虑缸套失圆变形的基础上,研究了活塞环结构参数对窜气量、机油消耗量和摩擦损失的影响,... 详细信息

以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,采用仿真和测试相结合的方法,建立了整机耦合装配模型与活塞环组动力学模型,研究了干式缸套的失圆变形。在考虑缸套失圆变形的基础上,研究了活塞环结构参数对窜气量、机油消耗量和摩擦损失的影响,并通过正交设计方法进行了活塞环径向弹力、开口间隙和侧向间隙对窜气量、机油消耗和摩擦损失的影响研究。研究结果表明,活塞环结构参数中,二环径向弹力、二环开口间隙和顶环侧向间隙对窜气量的影响最大,油环径向弹力、二环开口间隙和顶环侧向间隙对机油消耗量的影响最大,油环径向弹力、油环开口间隙和油环侧向间隙对摩擦损失的影响最大。

关键词：缸套失圆变形活塞环机油耗摩擦损失

内燃机活塞环材料及表面处理技术研究现状与发展趋势

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表面技术 2024年

作者：刘伟谭泽飞陈文刚戴一帆袁浩恩程家豪魏北朝周意皓西南林业大学机械与交通学院

活塞环是内燃机中重要的零部件之一，该部件的摩擦损耗占达内燃机总摩擦损失的26%。因此，活塞环材料的选用及其表面处理研究对于优化提升内燃机性能、延长服役寿命具有重要意义。简单介绍并总结了内燃机活塞环常用材料及其发展趋势，... 详细信息

活塞环是内燃机中重要的零部件之一，该部件的摩擦损耗占达内燃机总摩擦损失的26%。因此，活塞环材料的选用及其表面处理研究对于优化提升内燃机性能、延长服役寿命具有重要意义。简单介绍并总结了内燃机活塞环常用材料及其发展趋势，详细综述了激光表面织构技术、表面涂层技术以及表面复合技术在内燃机活塞环减摩抗磨方面的研究和应用现状。其中，激光表面织构技术(LST)可起到接纳磨屑，保持油膜等作用，从而降低活塞环表面摩擦和磨损，但由于织构形貌和几何参数特征对摩擦学性能的影响较为复杂，仍需结合实际工况进一步研究并优化。以镀铬、热喷涂、气相沉积及激光熔覆为代表的涂层技术也常用于活塞环的表面强化处理，但涂层材料种类繁多，难以形成统一的行业标准进而规模应用。此外，通过合理复合多种表面处理技术，比如微弧氧化与电泳沉积复合、超声滚压与离子渗氮技术复合、磁控溅射和低温离子渗硫复合等，可实现优势互补和发挥协同作用，有效改善接触表面的摩擦性能，为活塞环的减摩增寿研究开拓了新的思路。最后对未来活塞环材料开发应用及其减摩抗磨方面的研究发展进行了展望。

关键词：活塞环减摩抗磨激光表面织构表面涂层复合处理