活塞环表面钼涂层的制备及其对摩擦学行为的影响(2)
未来发动机系统和传动系统越来越苛刻的工作条件需要有更加有效、更强的润滑。所有发动机燃油的经济性，耐久性和环境无害性与使用润滑剂的效果密切相关。差或低效的润滑可能导致高的摩擦和磨损损失，这可能影响燃料经济性、发动机的耐久性[1-3]。从环保的角度看，较低的燃油经济性意着对环境的污染更高;因此目前迫切需要新的发动机系统具有较高的燃油经济性和较低的排放，这可以通过开发低摩擦材料、涂料、和润滑剂的广泛使用来实现[5-7]。
为了满足日益严格的排放标准和实现发动机越来越高的燃油效率要求，制造商近来一直努力，更改他们发动机的几个关键设计。这些年来，制造商能够通过使用重量更轻的材料，以稳定地提高车辆的燃料效率。另一个方面，他们一直在稳步增加燃烧室的压缩比来增加发动机的功率密度[4]。附带的好处是，这样的设计变化也可能有助于减少遗漏，因此减少有害气体的排放量。然而，燃烧室中提高压缩率会引起活塞环和汽缸套之间摩擦和磨损损失。然而，另一个重要的设计变化是，发动机制造商已经发展柴油机的废气再循环(EGR)系统[5]。这种技术能够非常有效的减少NOx的总量；然而，由于更多的TAN和烟灰积聚在曲轴箱中，因此降低了润滑油的性能，从而导致发动机零部件严重的腐蚀、侵蚀和磨损问题。
虽然在新型的发动机系统中，正在进行这些系统和其他机械构件的改变，然而在润滑油的粘度和化学性质方面也在进行研究。一方面，对于将来的发动机，推荐使用更低粘度的油。最重要的是，大幅削减这些油中硫和磷的含量需要由不同的政府机构负责，这主要因为这两部分对治理设备的性能和效率会产生不利影响。硫和磷的主要来自ZDDP和Mo-DTC，以便减少滑动发动机部件的摩擦和磨损[7]。在最近的试验中，含有较低的硫和磷的油会在滑动发动机零件之间引起较高的摩擦和磨损。从前述内容看，未来发动机的运转条件将比之前更严格，为了满足发动机日益更严格的运转条件，必须研制出新的、更好的材料和更有效的润滑剂。
通过开发低摩擦发动机材料或涂料，以及更好的润滑剂是一个非常有效的方法[8]。特别地，在这一领域更重要的是，如果我们可以将发动机润滑剂和材料作为一个单一的系统，然后以这样的方式设计和定制，在联合使用时，它们能够提供改进我们所希望的性能、效率和耐久性。用类似的方法，研究人员在加工和制造领域已经做出巨大的进步。具体来说，通过设计和使用智能摩擦涂层结构，能够在有限数量的润滑剂和高速的加工条件下，使制造的产品具有更长的寿命和更光滑的表面。这些新颖涂层被整合在各种组合物、微结构中，以满足各种金属切削和成形工具的机械性能和耐用性的需求。该领域的一些最新进展，包括一系列的纳米结构和复合涂料，它们能够有效地减少磨损，甚至是在干切削条件。类似的方法有，新的纳米复合涂料，也可以应用在关键发动机中。具体地，它们可以调制在较低粘度油的条件下安全运行，这些油中含有非常少的硫和磷。它们也可以和智能表面工程技术结合（如微/纳米纹理或图案化），并在将来的传输系统中，性能和效率得到更大的改进[9]。
1.1活塞环-缸套摩擦副
活塞环是发动机的非常重要的机械器件之一，它的形状是非正圆形环开口环。活塞环-缸套摩擦副的摩擦损耗对决定发动机工作性能产生了重要影响，如稳定性、经济性、动力性等方面。活塞环在内燃机中起到的作用有定位、润滑、和密封等。活塞环正常情况下可以分为两种：一、气环，总共有一两个环，在燃烧室附近，起到的作用为密封，通过防止润滑油进入汽缸内来提高能量转换率[10]。二、油环，一方面能改善活塞环-缸套之间的摩擦副润滑情况，另一方面能刮掉缸壁上多余的润滑油，使其不得进如燃烧室。它对发动机的性能的影响有关键的作用。因此，很有必要采取有效措施来减少活塞环与缸套摩擦副之间的磨损。