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AR 什么是活塞磨损测试？
活塞磨损测试可在受控实验室条件下评估活塞裙和气缸套之间的摩擦、润滑和材料耐久性。使用 摩擦仪, 通过该系统，工程师可以复制真实的往复运动，并精确测量摩擦系数、磨损率和三维表面形貌。这些结果为了解发动机活塞所用涂层、润滑剂和合金的摩擦学行为提供了重要依据，有助于优化性能、燃油效率和长期可靠性。.
动力缸系统和活塞裙边-润滑油-缸套界面示意图。
活塞磨损测试
活塞磨损测试使用 NANOVEA 摩擦计
编写者
刘志强
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活塞磨损测试在发动机研发中的重要性
机油是一种为其应用而精心设计的润滑剂。除了基础油之外，还添加了清洁剂、分散剂、粘度改进剂（VI）、抗磨损/抗摩擦剂和缓蚀剂等添加剂，以提高其性能。这些添加剂影响油在不同操作条件下的表现。油的行为会影响P-L-C界面，并决定是否发生金属-金属接触的显著磨损或流体动力润滑（极少磨损）。
如果不将该地区与外部变量隔离，就很难理解P-L-C接口。用能代表其现实应用的条件来模拟该事件更为实际。该 NANOVEA 摩擦仪是这方面的理想选择。配备了多个力传感器、深度传感器、逐滴润滑剂模块和线性往复台。 NANOVEA T2000 能够密切模拟发动机缸体内发生的事件，并获得宝贵的数据，从而更好地了解 P-L-C 接口。.
NANOVEA T2000摩擦仪的液体模块
逐滴模块对这项研究至关重要。由于活塞可以以非常快的速度运动（超过3000转/分），因此很难通过浸没样品来形成一层润滑油薄膜。为了解决这个问题，逐滴模块能够持续地在活塞裙部表面施加恒定数量的润滑剂。
新润滑油的应用也消除了脱落的磨损污染物对润滑油性能的影响。
活塞磨损测试参数和设置
负载 ............................100 N
测试时间 ............................30分钟
速度 ............................2000转/分
AMPLITUDE ............................10毫米
总距离 ............................1200 m
涂层 ............................钼-石墨
销材料 ............................铝合金 5052
针孔直径 ............................10毫米
润滑油 ............................机油（10W-30）
流动速度 ............................60 mL/min
温度 ............................室温和90°C
与现实世界的相关性
活塞磨损测试
基于摩擦磨损测试仪的活塞磨损测试可帮助人们深入了解材料选择和润滑策略如何影响发动机的实际可靠性。实验室可以在真实的机械负载和温度条件下评估涂层、润滑油和合金表面，而无需依赖昂贵的全发动机测试。NANOVEA 的 3D 轮廓测量 和摩擦学模块可精确测绘磨损深度和摩擦稳定性，帮助研发团队优化性能并缩短开发周期。.
活塞磨损测试结果与分析
在本实验中，A5052 被用作对抗材料。发动机缸体通常由 A356 等铸铝制成，而 A5052 的机械性能与 A356 相似，因此可用于模拟测试 [1]。.
在测试条件下，观察到活塞裙部在室温下比在 90°C 下有明显磨损。样品上的深度划痕表明，在整个测试过程中，静态材料和活塞裙之间经常发生接触。室温下的高粘度可能限制了润滑油完全填满接口处的间隙并产生金属与金属之间的接触。温度升高后，机油变稀，能够在销轴和活塞之间流动。因此，在较高温度下观察到的磨损明显减少。图 5 显示，磨损疤痕一侧的磨损明显小于另一侧。这很可能是由于机油输出的位置造成的。一侧的润滑油膜厚度比另一侧厚，导致磨损不均匀。.
[1] “5052 铝与 356.0 铝”。MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum
线性往复摩擦学试验的COF可以分为高通和低通。高通量指的是样品在正向，或正向移动，低通量指的是样品在反向，或负向移动。据观察，RT油的平均COF在两个方向上都低于0.1。两次通过之间的平均COF为0.072和0.080。发现90°C油的平均COF在各道次之间是不同的。观察到的平均COF值为0.167和0.09。COF的差异进一步证明了油只能够正确地润湿针的一侧。当销轴和活塞裙部之间由于发生流体动力润滑而形成厚膜时，获得了高COF。当发生混合润滑时，在另一个方向观察到较低的COF。关于流体动力润滑和混合润滑的更多信息，请访问我们的应用说明，关于 斯特里贝克曲线.
表1: 活塞的润滑磨损试验结果。
图1: 常温油品磨损试验的COF图A原始曲线B高通过率C低通过率。
图2: 90°C耐磨油测试的COF图A原始轮廓B高通过C低通过。
图3: 来自RT机油磨损试验的磨损痕的光学图像。
图4: 来自RT机油磨损试验的磨损疤痕的孔洞分析量。
图5: 来自RT机油磨损测试的磨损疤痕的轮廓测量扫描。
图6: 来自90°C机油磨损试验的磨损痕的光学图像
图7: 来自90°C机油磨损试验的磨损疤痕的孔洞分析量。
图8: 来自90°C机油磨损试验的磨损痕的轮廓测量扫描。
结论：使用 NANOVEA 摩擦仪评估发动机磨损情况
对活塞进行了润滑线性往复磨损测试，以模拟实际运行发动机中发生的情况。活塞裙-润滑剂-缸套界面对发动机的运行至关重要。活塞裙和气缸套之间的摩擦或磨损会造成能量损失，而界面上的润滑油厚度就是造成能量损失的原因。为了优化发动机，油膜厚度必须尽可能薄，同时不允许活塞裙和气缸套接触。然而，所面临的挑战是温度、速度和力的变化将如何影响 P-L-C 接口。.
NANOVEA T2000摩擦磨损仪的载荷（最大 2000 N）和转速（最大 15000 rpm）范围很广，能够模拟发动机中可能出现的各种情况。未来可能进行的相关研究包括：P-L-C 接口在不同的恒定载荷、振荡载荷、润滑油温度、转速和润滑油应用方法下的表现。这些参数可以通过 NANOVEA T2000摩擦磨损仪轻松调整，从而全面了解活塞裙-润滑剂-气缸套界面的机理。
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