第5期（总第232期） 2017年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5 (Serial No 232)
Oct2017
提高车用发动机活塞环摩擦学性能的试验研究
朱凯，王守忠，向文华
（商丘职业技术学院，河南商丘476000）
线衍射仪和能请仪，对表面改性层进行了表征，分析了超声滚压预处理对316L不铸钢活塞环离子渗氮行为的影响在润滑油条件下，使用往复式摩擦磨损试验机，对比考察了直接渗氮环和超声滚压-渗氮环的摩擦学性能。结采表明，超声滚压-渗氮环相对于直接渗氮环渗氮层的氮含量增加了29倍，显微硬度提高了11倍，摩擦固数降低了 004,耐磨性提高了28倍。发动机台架试验表明，超声滚压-渗氮环与硼铸铁氮化气缸套的匹配性最好。
关键词：活塞环；超声滚压离子渗氮；摩擦学 DOI:10 3969/;issn 1001-2222201705005
中图分类号：TH1171
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)05-0021-06
活塞环是车用发动机的关键部件之一，经常处于高温、高压、高负荷和贫油等恶劣环境下，不仅存在高速高频的往复运动，而且还在环槽中作激烈的振动。在与气缸套配合工作的过程中，活塞环与气缸套摩擦磨损形成的磨屑结合燃油不完全燃烧形成的积炭，会产生异质颗粒，从而使摩擦副形成三体摩漂：此外燃油燃烧产生的SO2和SO3等也会带来腐蚀磨损的问题1-，会造成活塞环与气缸套内壁面强烈的磨损而失效，从而降低内燃然机的动力性、经济性、可靠性、排放性和使用寿命
活塞环的失效形式多属表面形态损伤，故表面
强化处理是提高活塞环耐磨性最有效、最经济的种方法。徐佳子L+等研究了陶瓷颗粒含量对Cr A1203复合镀活塞环摩擦磨损性能的影响，活塞环的磨损量随着陶瓷含量的增加而先减小后增加。陶瓷颗粒的镶嵌提高了活塞环的耐磨性能。陶瓷材料热稳定性好，硬度高，镶嵌的陶瓷颗粒量过少时，活塞环表面承载能力不足，镶嵌的陶瓷颗粒量过多时，易引起陶瓷颗粒的应力剥落，不能够很好地满足高性能发动机对活塞环的耐磨、抗擦伤和耐腐蚀等性能的要求。孙韶5等研究了活塞环表面镀铬与激光微织构的复合工艺，认为活塞环先表面镀铬后激光加工的工艺顺序更为合理，在合适的脉冲能量和脉冲次数条件下，坑直径仅与单脉冲能量有关，凹坑深度只由脉冲次数决定，研究结果为探索在活塞环
收稿日期：2016-12-26；修回日期：2017-05-22
上应用复合表面加工技术的可行性提供了参考，也为表面织构从理论成果拓展到实际应用奠定了基础。但镀铬层不能适应因短期的快速磨合而产生的超负荷，且镀铬工艺过程毒性大，污染环境；此外镀铬层极脆，容易脱落，会造成气缸损伤。
目前，有关车用发动机活塞环经表面机械自身纳米化预处理后再进行表面离子渗氮处理复合强化方面的研究鲜见报道。316L不锈钢活塞环耐高温、耐腐蚀，机械加工性能和力学性能较好，但其耐磨性较差，容易发生磨损而导致失效。为此，本研究采用超声滚压（USRP）纳米技术和离子渗氨技术对活塞环基体表面进行了复合强化处理。借助相关仪器设备.测定分析了渗氮层的平均深度、含氮量、硬度、物相组成，在润滑油条件下对比考察了直接渗氮环和超声滚压-渗氮环的摩擦学性能，最后，将超声滚压渗氮环和采用其他措施表面处理的活塞环分别与硼铸铁氮化气缸套进行了台架试验，考察了超声滚压渗氮环与气缸套的匹配性，力求为提高车用发动机活塞环的使用寿命提供理论参考。
1试验材料与方法 1.1试验材料
试验用活塞环为冷轧态316L不锈钢活塞环，外径为110mm，内径为70mm，轴向厚度为3mm，外环工作面硬度为190HV，表面粗糙度Ra平均为
作者简介：朱凯（1971一），男，教授，主要从事汽车零部件与热处理方面的研究：gjzseq@126eom