[01052066]摩擦副表面激光微造型及其节能减磨技术与应用研究

该项目基于摩擦学理论，根据机械系统的工作性能要求和工况特征，对摩擦副表面进行微观几何形貌的优化设计，以充分发挥微观几何形貌单元群体协同作用的宏观累积动压润滑效应，显著改善摩擦副的润滑状况。选用合适的激光器，采用特定微加工工艺和合理的激光参数组合，对摩擦副表面进行激光微造型，以实现预先设计的任意形貌。在微造型的同时，利用激光热效应，在加工处及周围区域，获得致密的碳氮马氏体组织，在材料表层产生残余压应力。使得摩擦副表面宏观上得以钉扎强化，微观上得以硬化耐磨。从而显著提高表层材料机械力学性能，延长使用寿命。该项目采用数值模拟仿真了材料在激光作用下的温度场分布和激光加热去除材料状况；在大量工艺试验基础上，首次提出“单脉冲同点间隔多次”激光微加工新工艺新方法，能最大程度地减小激光热效应的负面影响，实现较高质量的表面清洁微加工；针对典型摩擦副，建立了与其润滑减磨性能优化匹配的微观几何形貌设计体系；成功研制具有自主知识产权的双波长数控激光微造型专用设备，实现空间任意曲面上微观形貌的精确微加工。该项目技术在发动机缸套/活塞环摩擦副上应用，即根据发动机工作性能要求和工况特点，在缸套内表面不同冲程区域，实施不同的微造型方案。其应用效果为：(1)减排降耗。4L88型柴油机：机油耗降幅为14.9%-43.5%；平均降幅为30.22%；HC比排放量降低9.62%；颗粒比排放量降低18.87%。CA6DF2-26型柴油机：机油耗比降幅为53%；漏气量降幅为33.3%-50%。(2)减磨延寿。缸套试样的快速模拟润滑磨损台架试验表明其耐磨性提高300%-400%。另外，在汽车发动机曲轴和凸轮轴，以及高档摩托车发动机等关键摩擦副上也进行了推广应用，显著改善了润滑状况，延长了产品寿命。该项目的实施取得了较好的经济效益，近三年累计新增利润3.41亿元，节支总额1.44亿元，同时降耗与环保综合效果明显，具有较高的推广应用价值与良好的社会效益。