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发动机活塞环多工作在高温、高压、高速和润滑困难的苛刻条件下,容易在与汽缸壁的滑动界面处发生磨损,从而降低活塞环的使用寿命。利用表面改性技术改善活塞环材料的力学性能和改善润滑条件是提高活塞环摩擦学性能的两种主要途径。但是单一的技术往往存在不足,无法满足特定工况的要求。316L不锈钢是一种常用的活塞环材料,然而其硬度较低,摩擦学性能较差,容易发生磨损而导致零件失效。本文为提高316L不锈钢的摩擦学性能,利用超声表面滚压技术(USRP)、离子渗氮和离子渗硫技术,分别在钢材表面制备了纳米化层及纳米化与渗氮/渗硫复合层。利用SRV摩擦磨损试验机考察了钢材表面不同改性层分别在聚α烯烃合成油(PAO4)和含1.0wt%二烷基二硫代氨基甲酸钼(Mo DTC)或二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)润滑条件下的摩擦磨损行为。利用扫描电子显微镜、金相显微镜、三维表面形貌仪、X射线衍射仪、显微硬度计等微观检测设备分析了改性层的微观形貌、组织结构和显微硬度等,并利用X射线光电子能谱仪测试了摩擦反应膜中元素原子价态及含量。研究结果表明:(1)在316L不锈钢表面制备的纳米化层的最表层平均晶粒尺寸约为19 nm,表面硬度由原始前的190 HV提高到了340 HV。Mo DTC和ZDDP分解分别生成了含Mo S2的摩擦反应膜和玻璃态磷酸盐膜,起到了较好的减摩抗磨作用,纳米化表面在Mo DTC润滑下的摩擦系数达到最低,在ZDDP润滑下的磨损率达到最低,这主要与纳米化表面较高的硬度和表面活性有关。(2)直接渗氮表面和USRP/渗氮表面的表面硬度均达到了1000 HV左右,渗层厚度约为20μm。渗氮能提高钢材在三种油润滑条件下的减摩抗磨性能,而且XPS分析证明纳米化后渗氮表面能够促进Mo DTC和ZDDP分解,因此其与Mo DTC/ZDDP体现出了较好的协同作用,进一步提高了表面的减摩抗磨性能。(3)直接渗硫表面和在Mo DTC和ZDDP润滑条件下,纳米化后渗硫表面的摩擦学性能均优于直接渗硫表面,这是因为纳米化层硬度较高,为软质渗硫层提供了有力支撑。