Ti6Al4V轻量化活塞表面的减摩耐磨技术研究

发布时间：2025-06-24 02:31

　　钛合金作为一种新兴的结构材料,与传统金属材料相比具有许多突出优点。近年来已有将钛合金应用于内燃机活塞的相关研究。本文针对TC4钛合金耐磨性差这一关键问题,结合活塞具体运动工况,对活塞不同部位的TC4钛合金表面采用了不同的耐磨处理方式,分析了不同方式处理下TC4钛合金的摩擦学性能,具体内容有:(1)首先建立TC4活塞模型,运用ANSYS WORKBENCH仿真软件分析活塞的沿度场,结果显示活塞的最高温度出现在顶面和火力岸位置。同时分析运动过程中的受力情况和接触状态,初步判定磨损类型,根据温度场仿真及静力学分析结果设计合理的活塞的表面处理工艺。(2)针对活塞头部高温区域,本文采用高温渗硼工艺提高此区域的表面硬度。研究了在1000℃下不同保温时长对渗硼层厚度的影响。SEM观测结果发现:渗硼处理后基体表面生成微米级的微凸起颗粒,随着渗硼时间的增长,微凸起变得更密集,渗层厚度不断增大,硬度也逐渐增大。采用球-盘摩擦实验机研究在不同载荷和滑动速度下渗硼表面的摩擦学性能。在干摩擦条件下,渗硼表面的摩擦系数均高于未渗硼表面,但渗玥表面的耐磨性能更优。乏油润滑时,以渗层厚度最薄的表面为例,其摩擦系数约为基...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1.绪论
    1.1 工程研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 活塞磨损研究现状
        1.2.2 钛合金表面处理研究现状
        1.2.3 石墨烯固体润滑涂层研究现状
    1.3 主要研究内容
2.活塞工况与摩擦学表面接触分析
    2.1 活塞温度场仿真
    2.2 活塞运动受力分析
    2.3 摩擦学表面设计
        2.3.1 接触状态分析
        2.3.2 耐磨性设计
    2.4 本章小结
3.表面渗硼的Ti6Al4V钛合金摩擦学性能
    3.1 钛合金表面渗硼
        3.1.1 渗硼原理
        3.1.2 钛合金表面固体渗硼工艺
        3.1.3 微观性能测试方法
        3.1.4 渗硼结果分析
    3.2 摩擦学实验设计
    3.3 渗硼钛合金摩擦学实验
        3.3.1 干摩擦
        3.3.2 乏油润滑
    3.4 耐磨性分析
        3.4.1 干摩擦表面
        3.4.2 乏油润滑表面
    3.5 本章小结
4.表面微弧氧化膜的摩擦学性能
    4.1 钛合金表面微弧氧化的制备
        4.1.1 微弧氧化原理
        4.1.2 钛合金微弧氧化工艺
    4.2 涂层性能
        4.2.1 涂层硬度
        4.2.2 表面形貌分析
    4.3 摩擦学性能
        4.3.1 干摩擦实验
        4.3.2 乏油润滑实验
    4.4 耐磨性分析
        4.4.1 干摩擦表面
        4.4.2 乏油润滑表面
    4.5 本章小结
5.复合润滑表面的制备及摩擦学性能
    5.1 石墨烯固体润滑涂层的制备
        5.1.1 实验材料
        5.1.2 实验仪器
        5.1.3 实验方案
        5.1.4 涂层硬度表征
    5.2 涂层的摩擦学性能
        5.2.1 干摩擦实验
        5.2.2 边界润滑实验
    5.3 涂层表面耐磨性分析
    5.4 本章小结
6.总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：4052364