内燃机是交通运输与机械生产的主要动力装备,关键部件活塞环-缸套摩擦副工作环境恶劣,磨损失效量占整机摩擦损耗的一半以上。活塞环-缸套摩擦副产生的摩擦损耗直接影响着内燃机的动力性能、能源利用率及使用寿命,故改善其摩擦学性能、延长使用寿命至关重要。利用激光束在摩擦副表面制备微织构,可以储存润滑油,产生动压效应,提高摩擦副表面摩擦学性能。设计合理特征尺寸的微织构发挥其减摩性能意义重大。本文将激光织构化技术应用于镀铬活塞环表面,通过理论分析、模拟仿真、制备工艺及摩擦学试验研究活塞环表面微坑织构对摩擦副摩擦学性能的影响。主要研究内容与结论如下:1.理论及仿真方面。理论分析了摩擦副表面织构中油膜产生动压润滑,提高摩擦副摩擦学性能的原理。基于流体力学N-S方程建立了三维柱形微坑织构模型,采用FLUENT计算流体力学仿真软件在考虑空化效应的条件下,对微坑织构进行动压润滑仿真,探究微坑形貌、深度及面积占比等特征参数在不同运动速度下对活塞环-缸套摩擦副摩擦学性能的影响。研究发现空化效应是提高摩擦副间油膜承载力的因素之一。且在不同运动速度下,椭圆形微坑织构更有利于改善摩擦副摩擦学性能。对不同速度下椭圆形微坑特征尺寸参数进行优化,得出微坑最优无量纲深度在低速时为0.5,中高速时为1;微坑面积占比最优参数在低速时为15%,中高速时为20%。2.微坑织构制备工艺方面。采用纳秒脉冲激光在镀铬活塞环表面制备椭圆形微坑织构,分析单点多次加工和激光扫描填充两种加工方法的特点。探究激光扫描填充加工工艺参数对镀铬活塞环表面椭圆形微坑尺寸形貌的影响,结果表明:增大激光功率与重复加工次数、降低扫描速度与填充线间距可有效提高微坑深度;微坑长径长度随激光功率增大而减小,随加工次数的增加先增加后减小,扫描速度与填充线间距对其影响较小。3.摩擦学试验方面。在贫油润滑条件下,设计往复摩擦磨损试验,研究在贫油润滑机制下椭圆形微坑面积占比及深度参数对摩擦副摩擦学性能的影响。试验结果表明,相较于光滑试样,设计合理几何尺寸参数的椭圆形微坑织构可以有效降低摩擦副表面摩擦系数,织构面积占比为20%、深度为30μm时,减摩性能最佳,减摩效率约为35%。