题目：汽车活塞半固态锻造工艺及活塞环表面改性技术研究

现代汽车发动机向高机械负荷、高热负荷、高耐久性、节能环保的方向发展，汽车工业对新型的成型方法和表面工程技术都提出了更高的要求。半固态锻造凭借其能耗低、材料利用率高、产品内应力小，利于汽车轻量化等优势，越来越多地应用到汽车工业生产领域。在汽车活塞组的零件中，最容易损坏的是活塞环，而影响活塞环寿命的是其摩擦磨损性能。基于汽车轻量化的目的，现代汽车工业开始采用钢质活塞环来代替铸铁活塞环，由于钢材的摩擦性能比铸铁差，因此需采用表面改性的手段，提高钢质活塞环的摩擦性能，这样可以大幅度提高活塞环的使用寿命。本文针对汽车发动机活塞组中活塞的半固态锻造成型与活塞环的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）表面改性技术，从活塞的半固态锻造有限元模拟仿真分析，及活塞环的等离子体增强化学气相沉积类金刚石薄膜两个方面，对活塞的成型和活塞环的表面改性工艺进行研究。

本文采用有限元模拟方法对半固态锻造成型技术，对汽车活塞零件进行了研究，分析了胚料的成型温度，活塞成型的圆角以及活塞裙部的厚度等不同成型参数对活塞半固态成型的影响。研究了半固态锻造汽车活塞用半固态锻造成型方法可加工的最小活塞裙部厚度，以及其对应的活塞裙部高度。研究结果表明：随着胚料温度的升高，特别是当胚料温度达到半固态成型温度时，可以减小活塞成型的压应力以及上模压力。活塞成型的圆角尺寸越大，活塞的压应力和上模压力越小；圆角尺寸增大也有利于解决上模压力不平滑的问题，有利于延长模具的寿命。活塞裙部厚度的大小对活塞的成型与成型后的各项性能都有影响。对于锻造过程中产生的缺陷，可以通过增大胚料的高度或者底面半径的方法来改善。研究结果可作为锻造或半固态锻造生产汽车活塞的参考。

论文还开展了对3Cr13不锈钢活塞环用PECVD沉积了类金刚石薄膜（DLC膜）的研究，研究了过渡层对薄膜膜基结合力的影响，以及不同沉积电压对膜层各项性能的影响。重点分析了沉积电压对膜基结合力、薄膜硬度、薄膜摩擦性能以及沉积速率的影响。研究结果表明：引入Cr/CrN/CrNC梯度过渡层后，薄膜的膜基结合力得到了提高。改变沉积电压，从500V、625V到800V，625V时的膜基结合力较好；500V时的薄膜硬度较高，为12.6GPa；800V时的沉积速率最大；而且沉积电压为625V时，薄膜具有较好的综合性能，在20N的载荷下，具有低的摩擦系数，为0.12，满足活塞环对高摩擦性能的需求。本文的研究结果对于PECVD技术沉积DLC膜的活塞环表面处理工艺的参数选择和优化都有着较大的实际意义。