考慮摩擦化學反應的活塞環-缸套摩擦力計算模型修正及驗證

呂修頤，王永強，焦博文，馬 旋，盧熙群，鄒德全，2

（1.哈爾濱工程大學 動力與能源工程學院，哈爾濱 150001；2.圣路易斯華盛頓大學 醫學院，圣特路易斯 63101）

0 概述

活塞環長期處于高溫高壓、變負荷的惡劣工作環境下，是柴油機中最容易磨損的零部件之一［1-5］?；钊h的磨損與潤滑已成為影響柴油機性能和壽命的主要因素之一。

作為柴油機潤滑劑中最常用的抗氧化抗磨添加劑，二烷基二硫代磷酸鋅（zinc dialkyl dithio phosphate，ZDDP）會在邊界潤滑階段發生摩擦化學反應，生成一層硬度較高、類似于固體膜的摩擦化學膜［6-7］。該膜具有異質結構，厚度可達200 nm，會對摩擦副表面的綜合粗糙度、摩擦力等產生重要影響，從而影響整個系統的潤滑性能［8-9］。文獻［10］中在鋼材料表面觀察到了摩擦化學膜。隨后的研究表明，摩擦化學膜廣泛存在于各種材料表面［11］。在ZDDP 實際的應用中，發現雖然摩擦化學膜可以起到保護材料表面的作用，但該膜的流變特性等往往導致摩擦副之間的摩擦損失增加，并且會在廢氣中產生含鋅、磷、硫等元素的化合物［12-14］。經過數十年的研究，迄今為止尚未發現ZDDP 的合適替代品。

國內外學者對摩擦化學膜進行了大量的研究。文獻［15-16］中發現摩擦副表面特性受到摩擦化學膜的影響。文獻［17］中提出了在動態滑動下摩擦化學膜生長及磨損率的仿真模型。文獻［18-19］中建立了基底磨損與摩擦化學膜厚度之間的函數關系。文獻［20］中對摩擦化學膜的摩擦系數進行了探究，認為其摩擦系數只能通過試驗方法獲取?！?br>