PAGE\*MERGEFORMAT5具有CrN涂层的新型组合式活塞环的摩擦密封性能研究张三（南京航空航天大学车辆工程专业，江苏南京）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涂层的上下两环的新型组合式活塞环，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：组合式活塞环、CrN涂层、摩擦、密封性中国分类号：U261.22、U260.15、U214.03ResearchonfrictionandSealPerformanceofaNewTypeofCompositePistonRingwithCrNCoatZhangSan(vehicleengineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing,China)Abstract:Duetotheexistenceofpistonringclosegap,leakageofhigh-pressuregasduringcombustionandexpansionstrokeshasasignificantinfluenceonenginepowerperformance.Besides,thefrictionpowerresultedinbypistonringisinexcessof10%ofthetotalfrictionpowerofengine.ThisthesisproposeanewtypeofcompositepistonringwithCrNcoat.Sealperformanceofthispostonringisincreased,andfrictionpowerisdecreased.Thisnewtypeofcompsitepistonringcandecreasetheconsumeoffuel,andprovideanewmethodonfuelsaving.Keywords:compositepiston、ringCrNcoat、friction、sealperformance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、使用涂层材料；3、改善润滑油性能。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，结构形式主要有：两环上下叠加的结构，上环为桶面状，下环为锥面状；两片环的截面形状均为楔形，上环为正扭曲，下环为反扭曲等。另外对活塞环表面涂层的研究也很多，例如CrN涂层、陶瓷涂层等等。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，提出了只使用一个气环的思路，设计了一种制备有CrN涂层的内燃机新型组合式活塞环，并对其进行了密封性能分析、摩擦功耗分析和试验研究，为今后活塞环的设计提供了新的思路。1组合式活塞环结构方案组合式活塞环的结构如图1(a)所示[1]，它由上环（不带凸台）和下环（带凸台）两部分套合而成，其密封性原理如图1(b)所示。安装入活塞环槽时，两环开口保持相互错开180º。采用该结构的活塞环，由于气体压力差的作用，上下环相互贴合，燃烧室内的气体不能通过贴合部位泄漏，同时由于下环凸台的作用，堵住了直接从活塞环闭口间隙处的气体泄漏通道，有效减少了燃气在闭口间隙处的泄漏，提供了活塞环的密封性能。由于密封性能的改善，可以只使用一个气环，活塞环数目的减少可以减少摩擦损失和摩擦阻力，提高能力利用效率，此外还可以实现活塞总体质量的减小，从而减小惯性力，实现零部件轻量化的目标。2活塞环材料与涂层制备方法发动机活塞环材料选用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