抗微动损伤的表面工程设计VIP免费

第6期朱旻昊等：抗微动损伤的表面工程设计5抗微动损伤的表面工程设计*朱旻昊，徐进，周仲荣（西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室，成都610031）摘要：针对内燃机车16V280ZJ型柴油机连杆的微动损伤，在失效分析和接触力学分析的基础上，进行了表面工程技术可行性方案的比较，确定了固体润滑涂层的表面处理方案。研究采用了极图法，对粘接MoS2、粘接石墨、粘接PTFE和电刷镀Pb/Ni等4种涂层的性能和微动特性进行了定量比较，结果表明，粘接MoS2涂层具有最佳的抗微动损伤特性。实际应用表明，经表面工程设计选择的涂层显著提高了连杆部件的使用寿命。关键词：微动损伤；微动磨损；微动疲劳；表面工程设计；固体润滑涂层中图分类号：TG17，TH16文献标识码：A文章编号：1007–9289(2007)06–0005–06AlleviatingFrettingDamagesThroughSurfaceEngineeringDesignZHUMin-Hao,XUJIN,ZHOUZhong-rong(KeyLab.ofAdvancedTechnologiesofMaterials(ChineseEducationMinistry),SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031)Abstract:Basedonthefailureandcontactmechanicsanalyses,thefeasibilityprogramsofsurfaceengineeringtreatmentforalleviatingfrettingdamagesofconnectingrodof16V280ZJdieselengineoflocomotivewerecompared.Theprogramofsurfacetreatmentusingsolidlubricationcoatingwasadopted.Inthisinvestigation,amethodofmeasuringpolefigureswasusedtocomparethepropertiesandfrettingcharacteristicsoffourcoatings(bondedMoS2,graphite,PTFEcoatingsandelectricbrushplatingPb/Nicoating)quantitatively.TheresultsshowedthatthebondedMoS2coatingpresentedthebestperformanceofalleviatingfrettingdamages.ThepracticalapplicationresultindicatedalsothattheservicelifeofconnectingrodwasimprovedgreatlybytheMoS2coating.Keywords:frettingdamage;frettingwear;frettingfatigue;surfaceengineeringdesign;solidlubricantcoating0引言微动是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，接触表面间发生的振幅极小的相对运动（位移幅度一般为微米量级）[1~3]。微动现象广泛存在于航空、航天、交通工具、核反应堆、电力、通讯和人工植入器械等领域，是关键零部件失效的主要原因之一，其损伤被称为现代工业的癌症。微动造成的损伤可致使接触面间发生表面磨损，产生材料损失和构件尺寸变化，引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成污染源；收稿日期：2007–09–14基金项目：*国家自然科学基金(50521503)、教育部重点项目(106137)、教育部优秀博士论文基金（200536）和教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-04-0885）资助。作者简介：朱旻昊(1968–)，男（汉），上海人，博士、博导、教授。也可加速裂纹的萌生与扩展，使构件的疲劳寿命大大降低，造成一些灾难性的事故[4,5]。如何减轻微动损伤，一直是广大研究人员和工程部门关注的焦点，表面工程技术被公认为减缓微动损伤的有效措施，但表面工程技术种类繁多，而且微动损伤机理也有很大差异，再加上实际的微动现象十分复杂，这使得如何有效利用表面工程来减缓微动损伤成为一个较复杂的系统工程[6]。文中针对铁道内燃机车关键部件的微动损伤，介绍了一种作者在实践中建立起的抗微动损伤表面工程设计方法，以达到对其它工业领域的抗微动损伤提供借鉴作用的目的。1失效分析和接触力学分析[7]连杆是内燃机车柴油机的关键部件，它将活塞的往复直线运动转变成曲轴的回转运动，连杆的抗疲劳性能和使用寿命对机车安全运行和可靠性极第20卷第6期中国表面工程Vol.20No.62007年12月CHINASURFACEENGINEERINGDec.20076中国表面工程2007年为重要。我国内燃机车240型和280型柴油机的连杆体与连杆盖采用齿型配合再加螺栓紧固连接，一直以来，连杆大端短叉处切口与连杆盖的齿型配合面间发生严重损伤，导致构件早期失效，是严重危及行车安全的隐患，也增加了大量维修费用。图1(a)(b)示出了16V280ZJ型柴油机连杆齿型配合面的损伤形貌，失效分析[7]表明：齿面有明显塑性变形，表面有较大尺寸的颗粒剥落，齿面呈现出严重的凹...