生物質(zhì)燃油及其碳煙微粒對(duì)活塞環(huán)-缸套摩擦學(xué)特性的影響.pdf

1、生物質(zhì)燃油作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的較為理想的替代燃料之一，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。但發(fā)動(dòng)機(jī)燃油對(duì)其潤(rùn)滑油會(huì)產(chǎn)生稀釋作用，燃油燃燒所產(chǎn)生的碳煙微粒也會(huì)進(jìn)入潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的使用性能，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦學(xué)特性?；钊h(huán)-缸套作為發(fā)動(dòng)機(jī)典型摩擦副，其摩擦學(xué)特性直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。本學(xué)位論文利用活塞環(huán)-缸套摩擦磨損模擬試驗(yàn)機(jī)評(píng)判了生物質(zhì)燃油稀釋潤(rùn)滑油和生物質(zhì)燃油碳煙污染潤(rùn)滑油后活塞環(huán)，缸套的摩擦學(xué)特性，借助掃描電子顯微鏡及

2、能譜儀(SEM/EDS)、X射線光電子能譜儀(XPS)等表面分析手段對(duì)摩擦后缸套表面的形貌、成分及其元素價(jià)態(tài)進(jìn)行分析，探討生物質(zhì)燃油稀釋和生物質(zhì)燃油碳煙污染潤(rùn)滑油對(duì)活塞環(huán)-缸套磨損機(jī)理的影響，為此開(kāi)展下面的工作。
　　(1)采取微乳化方法制備出發(fā)動(dòng)機(jī)生物質(zhì)燃油，研究了生物質(zhì)燃油稀釋潤(rùn)滑油后對(duì)活塞環(huán)-缸套摩擦磨損特性的影響。結(jié)果表明，生物質(zhì)燃油會(huì)降低潤(rùn)滑油的黏度，削弱潤(rùn)滑油的減摩抗磨性能;摩擦副環(huán)境溫度在25℃時(shí)，隨著潤(rùn)滑油中生物質(zhì)

3、燃油含量增加，活塞環(huán)一缸套的摩擦系數(shù)逐漸增加，當(dāng)生物質(zhì)燃油添加量為6.0wt％，活塞環(huán)和缸套的磨損量最大;摩擦副環(huán)境溫度在90℃時(shí)，隨著潤(rùn)滑油中生物質(zhì)燃油含量增加，活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)逐漸增加，當(dāng)生物質(zhì)燃油含量為8.0wt％時(shí)，活塞環(huán)和缸套的磨損量最大。當(dāng)摩擦副環(huán)境溫度分別在25℃和90℃時(shí)，缸套主要磨損方式均為疲勞磨損;摩擦過(guò)程中潤(rùn)滑油添加劑會(huì)在缸套表面形成摩擦反應(yīng)膜，其中ZnO、FeS、含碳有機(jī)物和磷酸鹽類(lèi)物質(zhì)起到主要的減摩抗磨作

4、用。生物質(zhì)燃油會(huì)與潤(rùn)滑油添加劑相互作用，進(jìn)而影響摩擦反應(yīng)膜成膜特性，潤(rùn)滑油膜和摩擦反應(yīng)膜的共同作用決定了活塞環(huán)-缸套的磨損結(jié)果。
　　(2)通過(guò)自制碳煙捕集器獲取生物質(zhì)燃油碳煙微粒，探究了生物質(zhì)燃油碳煙對(duì)活塞環(huán)-缸套摩擦磨損特性的影響。結(jié)果表明，摩擦副環(huán)境溫度在25℃下，隨著潤(rùn)滑油中生物質(zhì)燃油碳煙含量增加，活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)和活塞環(huán)-缸套的磨損量均降低;生物質(zhì)燃油碳煙會(huì)增加潤(rùn)滑油的黏度，導(dǎo)致摩擦界面之間潤(rùn)滑油膜變厚，當(dāng)油膜厚度

5、大于大部分碳煙顆粒尺寸，潤(rùn)滑油以碳煙為骨架建立起潤(rùn)滑油膜，并且隨著碳煙增加，油膜變厚;缸套表面存在大量犁溝和裂紋，表明摩擦過(guò)程中碳煙會(huì)刮擦缸套表面，缸套表面的主要磨損方式為疲勞磨損和磨粒磨損。同時(shí)，缸套表面的減摩抗磨元素P、S、Zn、N等元素含量降低，表明碳煙會(huì)抑制摩擦反應(yīng)膜的形成。摩擦副環(huán)境溫度在90℃下，隨著潤(rùn)滑油中碳煙含量的增加，活塞換-缸套的摩擦系數(shù)和活塞環(huán)-缸套的磨損量均增加，溫度升高致使油膜厚度變薄，當(dāng)油膜厚度小于大多數(shù)團(tuán)聚

6、的碳煙顆粒尺寸時(shí)，碳煙在摩擦副之間充當(dāng)磨粒，增加磨損;隨著碳煙含量增加，出現(xiàn)貧油潤(rùn)滑狀態(tài)，加劇磨損。相比25℃下，缸套表面存在的犁溝和裂紋進(jìn)一步加深，90℃下缸套表面的磨損方式為疲勞磨損和磨粒磨損;隨著碳煙含量增加，缸套表面的減摩抗磨元素含量降低，元素種類(lèi)減少，表明90℃下，碳煙對(duì)缸套的刮擦進(jìn)一步加深，碳煙的磨粒磨損機(jī)制占據(jù)主導(dǎo)地位。
　　(3)探究了生物質(zhì)燃油及其碳煙微粒共存于潤(rùn)滑油中時(shí)對(duì)活塞環(huán)-缸套摩擦學(xué)特性的影響。結(jié)果表明，

7、摩擦副環(huán)境溫度分別在25℃和90℃下，隨著潤(rùn)滑油中生物質(zhì)燃油及其碳煙含量的增加，活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)和磨損量均增加，且摩擦環(huán)境溫度為90℃時(shí)，活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)和磨損量大于摩擦環(huán)境溫度為25℃時(shí)的值。摩擦副環(huán)境溫度25℃和90℃下缸套表面的主要磨損方式為疲勞磨損和磨粒磨損;摩擦過(guò)程中生物質(zhì)燃油中的有機(jī)物更易吸附潤(rùn)滑油添加劑附著在缸套表面，從而促使?jié)櫥吞砑觿┬纬赡Σ练磻?yīng)膜;同時(shí)，高溫（摩擦環(huán)境溫度為90℃）下更有利于潤(rùn)滑油添加劑分