PVD涂层在汽车行业的大戏是从1995年开始上演的,首先在柴油高压燃油喷射系统上大放异彩。从此,降低磨损和减少摩擦做功就成了PVD涂层在汽车行业中的金字招牌。这个摩擦学涂层DLC在气门机构零件上应用之后,摩擦功耗竟然减少了40%,真的是轻松实现更好的燃油经济性和CO2减排,汽油发动机也可以通过应用降低磨损、减少摩擦的PVD涂层来提升自身实力。不得不说,涂层真的是个神奇的存在,它已经成为了提高零部件性能进而增强发动机性能的不二之选!
一、无定形含氢DLC
DLC涂层有许多种。开始是掺杂金属的DLC被用在发动机部件上。Me-DLC的典型应用是涡轮增压柴油机燃油喷射器部件和轴承。Me-DLC涂层是用金属或陶瓷靶反应溅射制成,硬度在1200-2000HV之间变化,干磨标准摩擦系数通常在0.1-0.2之间。Me-DLC涂层的抗冲击疲劳的能力特别地得到了认可,现在仍然广泛应用在多种零件上,例如轴承、活塞环。因为不断提高的要求特别是涡轮增压柴油喷射器的发展,Me-DLC涂层的耐磨损能力已不能满足要求。很快地含氢无定型碳DLC(a-C;H)就被用来防止不断增加的喷射压力带来的燃油喷射器系统的磨损。用PACVD技术生产的含氢无定型碳DLC(a-C;H)涂层硬度可达2500HV,标准摩擦系数范围是0.05-0.15,典型应用是在涡轮增压柴油燃油喷射器部件、活塞销和气门配气机构部件。与PACVD技术相对应的是用碳靶磁控溅射生成的更耐磨的含氢无定型碳DLC(a-C;H)涂层,硬度可以更高 (3500H) 而摩擦也更低(特别是与油混合时),缺点也同样明显,用石墨靶溅射的沉积速率明显低于用PACVD方法,因此生产成本较高。
二、涂层与零部件和润滑油紧密相关
摩擦学涂层需要进行调节以满足具体零件的需要。想要找到最佳的摩擦减少方案吗?就得看具体零件、涂层和润滑条件!为了给每个零件找到最合适的涂层和摩擦条件,在科学家们的努力下!一个神奇的摩擦学技术出炉,就是无氢DLC涂层(ta-C),它就像金刚石一样结实,硬度可以达到4000-7000Hv,在有油润滑的时候摩擦系数范围大概在0.02-0.1之间。不过呢,它有点小毛病,就是表面粗糙度有点高,涂层应力大,而且抗热能力有限(200℃)。所以,用完之后零件还需要进行后期处理哦。另外,还有一项高级技术叫做掺S的DLC涂层DLC(a-C;H-Si),它在有润滑的条件下DLC(a-C;H-S)摩擦系数就低于PACVD涂层啦!通过调节涂层就可以达到最优水平哦,它结合了硬度和减少摩擦的优点,还有更高的耐热能力。
三、不同工件应用不同的DLC涂层方案
汽车零件的批量生产使选择一个特定设备为具体零件制备特定涂层成为很自然的事情。由于应用于汽车零件的涂层在不同的领域变化不同。DLC涂层批量生产应用于汽车行业还不到15年,因此还有许多领域需要研究,零部件行业不断增长的需求,很多的需求需要发展解决。但DLC涂层已被证明可以在未来发动机降低CO2排放开发中扮演很重要的角色。无论哪种选择:Me.DLC,PACVD,溅DLC,Ta-C 或掺硅 DLC,最好的涂层方案将会是经过调节适应具体零件及其润滑条件需要的涂层。
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