四种不同PRCL(活塞环缸套)接口系统样本准备和测试机械和摩擦学性能的比较。这些PRCL接口表中描述的系统 1。

商用气缸套和活塞环的拖拉机85马力收集和切成小样本。灰口铸铁缸套样本大小25毫米×20毫米。镀锡层沉积在缸套样品使用低温物理气相沉积(PVD)的过程。两个参数,表面粗糙度和涂层厚度,不同缸套在准备样品。两组样本和金刚砂抛光论文(600 - 1500微米粒度大小),为了实现两个不同的表面粗糙度范围,即。,0.2±0.05 μ米 R 一个 (称为细样品)和0.45±0.05 μ米 R 一个 (称为粗糙样品)。样品表面的粗糙度测量通过使用表面粗糙度测试仪三丰公司(模型SJ-20)。三个阅读每个样品表面的不同位置都被记录下来,然后平均水平 R 一个 的三个阅读记录作为一个特定的粗糙度值样本。三个批次的四个样品,构成两个数字的粗糙和两个数字好每一批样品,与三个不同的沉积时间使用低温沉积PVD系统。相同的发动机的活塞环削减匹配维度的缸套样品。

氮化钛(锡)涂在三个批次(12样品PRCL系统2和3)气缸套的样品相似的沉积条件下使用低温阴极弧金属源PVD涂层系统。锡沉积之前,缸套样本在超声波清洗器清洗三氯乙烯在80°C 15分钟。样本与纯氩气(N5.0)吹干。干燥后的样品被运送到了低温PVD室。室被疏散到6 × 10 - - - - - - 6 mbar真空,增加样品的温度高达250°C。PVD沉积过程、高度纯氮气(N5.0)用作活性气体和高度纯氩气(N5.0)作为工作气体。氩气和氮气供应通过质量流量控制器在20 sccm和275 sccm,分别。200 v在沉积衬底偏置电压。重复这个过程对于所有三个批次对应三种不同沉积时期,即。15分钟,30分钟,45分钟。一套铬涂层环削减出局也涂上了45分钟的批处理。总结缸套的样品所有PRCL系统以及粗糙度和沉积时间是表中给出 2。

为了评估锡涂层的附着力与灰口铸铁缸套基质,进行划痕试验。这个测试已经广泛用于测量硬涂层的粘附在先前的研究 16, 17]。抓附着力测试进行累进负载类型试验机CSM(模型MSTX S / N: 01 - 2569)。试验机采用罗克韦尔类型金刚石压头鼻子半径为100 μm。外加负载从0.03 N,最后的最大负载大约是25 N,提高加载速率为9.99 N /分钟。临界载荷,这也被认为是刮锡镀层与基体的附着力,是特定值的负载涂层完全剥落和基质是可见的。抓的一个示例图像中间厚涂层样品图所示 1。

Nanoindentation方法被广泛使用的常规测量涂层的硬度( 18, 19]。在最近的研究中,CSM nanohardness测试仪(模型NHTX S / N: 01 - 2569)已被用于评估nanoindentation涂层硬度的方法。该仪器采用一下类型金刚石压头。最大负载测试中使用40.0 mN,装卸率为80.0 mN /分钟。所有样本的锡涂层的硬度对衬底的厚度和不同粗糙度表面在后面的小节中介绍。

扫描电子显微镜(TESCAN织女星LMU)是用来测量缸套样品镀锡层厚度。缸套样品是由湿法粉碎机械研磨机。金刚砂纸(从400 - 2500微米毅力)被用于锡涂层的制备截面气缸套。后样本在电炉水分去除大约30分钟的温度45°C。镀锡层的扫描电镜图像对缸套沉积30分钟图所示 2。厚度约为三个不同的点,平均价值被认为是近似镀锡层的厚度。SEM近似厚度测量值的总结的三个批次表中给出了沉积时间 3。

之间的摩擦系数活塞环和缸套样品是评估使用CSM的线性往复摩擦计(模型S / N 01 - 02566)。气缸套的样品图样被安装在固定支架为一个较低的样品配备摩擦力测量的测力传感器。活塞环段插入一个可调节的环夹作为一个上感动的样品由电力驱动线性回报柜台对缸套样品。摩擦计的原理图如图设置 3。

正常负荷施加到活塞环持有者和润滑条件下进行了测试。SAE 15 w-40润滑油的建议对柴油机都用作润滑剂。性能的润滑油SAE 15 w-40表 4。测试之前,标本都清洗超声酒精。测试是在环境温度(25°C)和中风长度是6毫米。总结了详细的测试参数表 5。

摩擦系数测量中测试和磨损率计算的减肥前后气缸套和活塞环标本测试( 20.]。测试后,所有的样品都保存在一个超声波浴15分钟,这样累积磨损产物被移除和产量的准确重量标本。

数据 4(一)和 4 (b)显示优良的表面粗糙度和粗糙型气缸套样品前后分别沉积镀锡层厚度的函数。样品表面的粗糙度降低随着锡涂层较厚。锡涂层的百分比提高粗糙度相比的起始粗糙度气缸套增加而增加涂层厚度无论开始粗糙度的样品细和粗样品。缸套的表面粗糙度值的摘要沉积前后样本如表所示 6。表面微凸体的影响或粗糙表面裸露的衬底与涂层厚度变大逐渐减少。

图 5解释在其硬度增加镀锡层厚度的影响对两个不同级别的灰口铸铁气缸套的粗糙度。硬度似乎是强烈依赖于涂层的厚度。变得更随着涂层厚度的增加细和粗样品。然而,粗糙的样品表现出更沉积镀锡层的硬度比样品。最初,罚款和粗样品的硬度值之间的差别很大,但随着涂层厚度的增加往往会下降。近5嗯厚低温PVD沉积镀锡层往往达到硬度10-11GPa不管灰口铸铁基体的粗糙度。镀锡层的硬度的结果给出了气缸套的表 7。

图 6显示了变化刮锡涂层的附着力灰口铸铁缸套样品对涂层厚度和表面粗糙度。粗糙样本显示锡涂层相比的优越的附着力好样品。这一现象表明,涂层的附着力是联锁的镀锡层的函数粗糙表面的灰口铸铁气缸套,而不是化学粘结界面。平均而言,有大约20%优质刮锡涂层的附着力的灰口铸铁气缸套比细的。结果刮锡涂层的附着力气缸套表 7。

图 7介绍了块的摩擦系数与时间所有四种PRCL接口系统调查研究中。图 7(一)总结了咖啡的变化趋势对锡锡涂层和裸汽缸衬垫之间涂环对不同粗糙度的气缸套和锡涂层的厚度。最薄的锡涂层缸套样品(厚度 ≈ 1.920 μ米),咖啡逐渐上升后最初的10分钟的跨度但曲线描述相对更大的咖啡好和粗糙的样品。中间厚( ≈ 3.523 μ米)样品也显示轻微后10分钟但逐渐增加,曲线仍在一个稳定的趋势。同样,在厚涂层( ≈ 5.120 μ米)细样品;咖啡几乎保持不变在最初开始轻微的增加。但是,粗糙的示例显示了轻微上升,后跟一个大幅下降几秒钟,然后逐渐增加后变得稳定。此外,涂好锡缸套样品通常有一个相对较低的咖啡比粗糙样品PRCL接口。

图 7 (b)总结了咖啡的变化趋势锡涂层和裸气缸套铬涂层环对不同粗糙度的衬垫和锡涂层的厚度。它进一步比较了这些接口的性能表现的场景,即。,裸露的灰口铸铁缸套表面粗糙度为0.55±0.05 μ米对铬涂层戒指。相反的行为在这种情况下被观察到。锡涂层粗糙样本显示相对较少的咖啡对铬涂层比锡环对铬涂层涂好样品做什么戒指。这可以解释为锡涂层的高硬度与铬涂层的硬度可比戒指。咖啡逐渐兴起在整个实验过程中最薄的锡涂层样品无关的粗糙度对应的气缸套。中间的行为几乎是相同的镀锡层厚度样品但是好样本显示更多的增加和咖啡的平均值。最厚的锡涂层的咖啡好样品保持不变在整个实验表明铬环的影响可以忽略不计的极低粗糙度表面很难锡厚涂层。然而,对于最厚的锡涂层粗糙的缸套样本与铬涂层环后的咖啡变得稳定一些起伏12分钟。这表明最困难的穿着效果和粗糙表面的锡涂层的硬度相对较低铬环。

场景,即。,uncoated liner against the chromium coated ring, exhibits constant nonlinear increase in the COF. This is fundamentally due to high hardness chromium coated rings (5.4GPa) [ 21)穿了灰色铸铁缸套硬度相对较低。然而,裸班轮与锡涂层的样品环展览连续的逐步增长,但更大的意思是咖啡相比,场景(见图 7(一))。

图 8显示的变化意味着咖啡值和气缸套上的镀锡层厚度的变化及其不同的粗糙度;错误栏显示一个标准差。图 8(一个)总结了锡涂层的趋势意味着咖啡值气缸套与锡涂层戒指相比与咖啡的平均值的场景。图 8 (b)总结了锡涂层的趋势意味着咖啡值气缸套与铬涂层戒指相比与咖啡的平均值的场景。咖啡随增加涂层厚度对细和粗锡涂层的样品缸套与锡涂层环(见图 8(一个))。然而,好的样本显示相对较低的咖啡比粗糙的样品。因此,有一个锡涂层的粗糙度之间的平衡缸套和相应的镀锡层的硬度。此外,最低观察咖啡最厚的锡膜( ≈ 5.120 μ米)样品对锡涂层的咖啡环相比,是场景。另一方面,咖啡增加而增加涂层厚度对罚款和粗样本,使用时对铬涂层的锡涂层气缸套环(见图 8 (b))。咖啡的样本通常显示低于好样品和最低咖啡得到薄的锡涂层( ≈ 1.920 μ米)样品相比,意思是咖啡的场景。

传统上,认为耐磨涂料只取决于硬度的然而,弹性模量在磨损特点也起着至关重要的贡献。比H / E(弹性应变失败)的参数预测硬涂层的磨损。然而,H³/ E²比(抵抗塑性变形)作为可取的引用参数评估硬涂层的耐磨性( 22, 23]。H / E和H的详细结果³/ E²比例展示在表 8。

图 9显示了气缸套和活塞环的磨损率的变化与气缸套上的镀锡层厚度的变化及其不同的粗糙度;错误的酒吧是一个标准差。图 9(一个)显示了锡涂层的磨损率的趋势汽缸衬垫对锡涂层环的磨损率值相比是场景。图 9 (b)显示了锡涂层的磨损率的趋势对铬涂层气缸套环的磨损率值相比是场景。

锡涂层气缸套磨损率与锡涂层环随着涂层厚度的增加减少细和粗样品。然而,粗糙样品磨损少而细样品由于较高的H³/ E²比(如表所示 8)。磨损率的增加的样本与H的下降³/ E²比和附着力的涂层(如图 9(一个))。锡涂层的耐磨性好观察气缸套相比,是场景和厚( ≈ 5.120 μ米)锡涂层缸套样品表现出磨损率最低。但是,裸灰色铸铁缸套的磨损率与锡涂层戒指不仅仅是场景的情况一样。

另一方面,锡涂层气缸套滑动对Cr涂布环显示优良的耐磨性在所有其他三个PRCL接口(在图 9 (b))。磨损率的负值表明衬垫的重量增加后测试。铬涂层环相对低于锡涂层的硬度气缸套(如表 7)。因此,Cr消退,定居在锡涂层的表面微凸体衬管表面。此外,粗糙的样品表面微凸体表面上容纳更多Cr碎片从图一样好样品相比明显 9 (b)。

图 9 (c)显示了锡涂层的磨损率趋势图时对锡涂层气缸套环 9 (d)显示了铬涂层的磨损率的趋势对锡涂层气缸套环。环磨损率比衬垫磨损率显示了相反的趋势。铬涂层环滑好样品的气缸套磨损少相比,粗糙样本的情况下,即、锡、铬涂层环(如数字 9 (c)和 9 (d))。环磨损率随气缸套上的镀锡层厚度增加。但是,锡涂层环展览相对耐磨性优于铬涂层环(如数字 9 (c)和 9 (d))。在场景情况一样,涂铬环的磨损率显示负值由于附着后的体重增加的灰口铸铁碎片在测试期间表面粗糙。这可以解释为灰口铸铁缸套的硬度(2 GPa) ( 24)这是锡涂层气缸套相比小得多(见表 7),导致多穿裸气缸套和少戴的戒指。然而,锡涂层环显示对裸气缸套微不足道的耐磨性。详细的结果意味着,磨损率和总结在表 9。

它可以得出结论,气缸套的磨损是依赖于H³/ E²锡涂层的硬度比裸露的灰口铸铁。粗糙的样品给好锡涂层的耐磨性气缸套锡涂层和Cr涂布环(如图 9由于较高的H)³/ E²比率。相比之下,咖啡不仅取决于硬度,表面粗糙度也,好少样本给咖啡但更多的磨损率与粗糙的样品相比,在锡涂层的情况下环(如图 8)。咖啡的铬涂层环显示不同的趋势;即。,rough samples give less COF than fine samples and COF is the minimum where the H³/ E²缸套样品的比例相对较低。戴戒指直接相关的H³/ E²比和粗糙度的锡涂层气缸套。戴戒指是最低时的幻灯片对薄铁皮涂好气缸套(锡和铬涂层环)H³/ E²在所有样本比例相对较低。所以,有很多磨损和咖啡之间的权衡基于硬度和粗糙度。摘要介绍了摩擦学的权衡的表 10。