首頁(yè) > 新聞詳情 > DLC薄膜在發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)摩擦副上的應(yīng)用(瀏覽:722次)
為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)部位的摩擦(特別是活塞、活塞環(huán)與氣缸間，以及凸輪與從動(dòng)件間的摩擦)非常重要。DLC (類(lèi)金剛石碳)薄膜作為一種抗磨減摩涂層材料，具有優(yōu)異的耐磨性能和摩擦特性，它在發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)摩擦副上的應(yīng)用成功實(shí)現(xiàn)了抗磨減摩的作用。
改善活塞一活塞環(huán)的耐磨性能
活塞、活塞環(huán)和氣缸是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，它們的摩擦學(xué)性能對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗和排放有直接影響。近年來(lái)，為了滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)體積更小、效率更高、排放更低的要求，在活塞裙部和活塞環(huán)表面涂覆了摩擦性能優(yōu)良的耐磨薄膜。由于DLC薄膜具有更高的硬度、更好的抗高溫氧化性和耐腐蝕性，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。
為了降低活塞與鋁合金氣缸間的摩擦、改善耐磨性，在大氣中做過(guò)銷(xiāo)盤(pán)式單體摩擦試驗(yàn)。當(dāng)與A390鋁合金圓盤(pán)構(gòu)成摩擦副時(shí)，結(jié)果顯示通常鑄鐵材料的摩擦因數(shù)為0．5，而DLC材料則具有摩擦因數(shù)為0．4的減摩效果?；钊h(huán)所采用的CrN是用PVD (物理氣相沉積)工藝在合金鋼活塞環(huán)上形成的、數(shù)微米厚的硬質(zhì)平滑表面。這種硬質(zhì)薄膜的耐磨性?xún)?yōu)于一般的鍍鉻層。因此滑動(dòng)面的平滑性得到保持，從而也能獲得良好的減摩效果。
降低凸輪與從動(dòng)件的摩擦
配氣機(jī)構(gòu)的零件常處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，凸輪與從動(dòng)件間的計(jì)算油膜厚度在低轉(zhuǎn)速區(qū)域?yàn)?/span>1.0 um以下，比表面粗糙度值小得多，尤其會(huì)有在某一凸輪轉(zhuǎn)角發(fā)生機(jī)油夾帶速度為零，不能應(yīng)用彈性流體潤(rùn)滑理論計(jì)算油膜厚度的狀況。因此，抑制這種邊界潤(rùn)滑區(qū)域的發(fā)生，可以降低凸輪與從動(dòng)件間的摩擦。要減小邊界潤(rùn)滑區(qū)域的比例，有效措施是減少凸輪與從動(dòng)件的表面粗糙度、增大油膜厚度與表面粗糙度之比。
近年來(lái)，有關(guān)凸輪與從動(dòng)件利用DLC薄膜實(shí)現(xiàn)低摩擦化的研究不斷受到重視。圖為將TiN、CrN、DLC和二硫化鉬燒結(jié)膜涂覆于凸輪及從動(dòng)件摩擦表面后，在機(jī)油中用單體凸輪一從動(dòng)件試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行從動(dòng)件與凸輪間摩擦測(cè)定的結(jié)果。對(duì)于TiN、CrN和DLC硬質(zhì)薄膜而言，摩擦力矩與滑動(dòng)表面粗糙度之間顯示出良好的相互關(guān)系。由此可看出，這些薄膜的減摩效果依賴(lài)于其優(yōu)異的滑動(dòng)表面平滑性。而二硫化鉬涂層所顯示的數(shù)值低于該相關(guān)圖線(xiàn)，這是由于雖然涂層的耐磨性不足，但材料本身的固體潤(rùn)滑性較好的緣故。另外，將幾種涂有減摩材料的凸輪與從動(dòng)件分別在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下和在機(jī)油中進(jìn)行了摩擦測(cè)定．圖2為測(cè)定結(jié)果?？梢钥闯?，雖然在機(jī)油中TiN和DLC硬質(zhì)薄膜的摩擦因數(shù)沒(méi)有明顯差別，但在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下，TiN的摩擦因數(shù)大，而有固體潤(rùn)滑性的DLC與二硫化鉬相同，摩擦因數(shù)較小。因此，即使在潤(rùn)滑不足的部位，DLC薄膜的摩擦也很小。
幾種表面處理在有/無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下的摩擦因數(shù)
結(jié) 論
DLC薄膜由于具有高硬度和高彈性模量、低摩擦因數(shù)、耐磨損以及良好的真空摩擦學(xué)特性．很適合于作為發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)摩擦副表面的減摩涂層。另外，DLC薄膜在機(jī)油中的摩擦因數(shù)比二硫化鉬薄膜低。由此看來(lái)．從TiN和CrN之類(lèi)的PVD硬質(zhì)薄膜向在機(jī)油中有良好潤(rùn)滑性的、超硬和超低摩擦的碳膜過(guò)渡是今后減摩表面處理技術(shù)的發(fā)展方向。