crn涂层在活塞环再制造中应用

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1、CrN涂层在活塞环再制造中的应用（河北农业大学机械设计制造及其自动化0903王卫）摘要：发动机燃烧膨胀冲程中，气缸内高压燃气从活塞环闭口间隙处产生一定的泄漏，影响发动机的动力性能；另外在活塞运动过程中，由活塞环造成的摩擦功损失占整机总摩擦功损失的10%以上。本论文提出一种表面制备有CrN涂层的活塞环，该活塞环密封性能提高、摩擦损失降低，减少了由活塞环导致的燃油消耗量，为节省内燃机燃油提供了一种新思路。关键词：活塞环、CrN涂层、密封性、摩擦ResearchonfrictionandSealPerformanceofremanu

2、factureofPistonRingwithCrNCoatWangwei(AgriculturalUniversityofHeBei，Mechanicaldesignmanufactingandautomation)Abstract:Duetotheexistenceofpistonringclosegap,leakageofhigh-pressuregasduringcombustionandexpansionstrokeshasasignificantinfluenceonenginepowerperformance.B

3、esides,thefrictionpowerresultedinbypistonringisinexcessof10%ofthetotalfrictionpowerofengine.ThisthesisproposeanewtypeofpistonringwithCrNcoat.Sealperformanceofthispostonringisincreased,andfrictionpowerisdecreased.Thisnewtypeofpistonringcandecreasetheconsumeoffuel,and

4、provideanewmethodonfuelsaving.Keywords:remanufacturepiston、ringCrNcoat、sealperformance、friction引言活塞环包括气环和油环。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，同时将活塞环顶部的大部分热量传给气缸壁。其中密封作用是主要的，因为密封是导热的前提，如果密封性能不好，气环和气缸壁将贴合不严而不能很好地散热。此外，由活塞环造成的摩擦功损失占整机总摩擦功损失的10%以上，随着发动机功率密度的增加，发动机最大爆发压力和活塞平均速度提高，摩擦功也将

5、相应增加。因此，在保证密封性能的前提下尽量降低摩擦功是活塞环-气缸套摩擦副设计的主要目标之一。为降低摩擦功，改善活塞环，特别是顶环的密封、润滑条件，减少摩擦副磨损，许多学者进行了相关的研究，目前研究方向主要有以下几个方面：1、改善活塞环的结构设计；2、改善润滑油性能；3、部分学者提出通过采用组合式活塞环来减少摩擦、改善发动机性能的想法，并进行了相关研究。另外对活塞环表面涂层的研究也很多。笔者在保证活塞环气密性的前提下，以减少摩擦功耗为研究目的，提出了将CrN涂层应用在活塞环再制造中的思路，设计了一种制备有CrN涂层的内燃机废旧

6、活塞环，并对其进行了密封性能分析、摩擦功耗分析和试验研究，为今后活塞环的绿色制造提供了新的思路。1活塞环材料与涂层制备方法发动机活塞环材料大多选用65Mn钢作为基体，作清洗处理；设备本底真空优于2x10-3Pa，烘烤温度300oC，在-800V偏压条件下，Ar+离子溅射清洗基体表面20min，以提高表面活性。偏压保持在-200V，沉积纯Cr过渡层5min。用质量流量控制器控制N2与Ar气流量，镀层制备的氮气含量为：0、15％、25％、35％、45％或55％，以制备出不同相结构和化学计量比的CrI薄膜，镀层沉积时间为2h。通过查

7、阅资料得到图2[2]5（该图为装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室蔡志海等通过试验得到）。图2为不同氮气含量下沉积Cr-N涂层的XRD谱。由图分析可得：当N2含量达15％时，薄膜基本由单相Cr2N组成，随着N2含量增加，薄膜中开始出现CrN相，不过较微弱。N2含量达35％时，膜层主要的相组成为CrN和Cr2N，CrN相的相对含量开始超过Cr2N相。N2含量高于45％，主要由单相的CrN组成。单相的CrN材料硬度高，摩擦系数小，所以采用单相CrN材料，故镀层制备的氮气含量应控制为45％以上。2再制造后的活塞环密封性能分

8、析活塞环有一个切口，切口主要有三个作用[3]：1、安装方便；2、活塞环随活塞一起装入气缸后，由于切口的存在产生弹力紧贴在气缸壁上，产生密封性能；3、保证活塞环在工作过程中的热膨胀量。没有切口或者切口过小会导致活塞环径向弹力不足，环的密封作用差，刮油能力弱，易造成窜气、窜机油及