1.改善表面应力分布
DLC涂层具有较高的硬度和弹性模量,当连杆受到交变载荷时,涂层可以有效地分散和缓冲表面应力。在未涂层的连杆中,应力集中容易出现在连杆的小头孔(与活塞销配合处)和大头孔(与曲轴连杆轴颈配合处)等部位,这些部位在长期的交变载荷作用下容易产生疲劳裂纹。
而DLC涂层可以使应力分布更加均匀,减小局部应力集中程度。在相同的载荷条件下,镀有DLC涂层的连杆表面最大应力可降低约10% - 20%,从而延缓疲劳裂纹的产生。
2.提高表面硬度和耐磨性
DLC涂层的高硬度(可达70 - 110GPa)能显著增强连杆表面的耐磨性。在连杆的工作过程中,小头孔和大头孔与其他部件之间的相对运动产生的摩擦会导致表面磨损。磨损后的连杆表面粗糙度增加,容易形成应力集中点,进而降低疲劳寿命。
镀DLC涂层后,连杆表面的耐磨性能大幅提升,能有效抵抗这种磨损。例如,在发动机实际运行测试中,镀DLC涂层的连杆在运行一定里程后,其表面磨损量仅为未涂层连杆的 1/3 左右,减少了因磨损导致的疲劳失效风险,从而延长疲劳寿命。
3.增强抗腐蚀能力
发动机工作环境中存在各种腐蚀性介质,如润滑油中的氧化产物、燃烧产生的酸性物质等。这些腐蚀性物质会侵蚀连杆表面,产生腐蚀坑,而腐蚀坑是应力集中的重要来源,会加速疲劳裂纹的萌生和扩展。
DLC涂层良好的耐腐蚀性可以有效保护连杆表面免受这些腐蚀性介质的侵害。例如,在模拟恶劣工况的腐蚀 - 疲劳试验中,镀 DLC 涂层的连杆能够抵抗长时间的腐蚀作用,其疲劳寿命比未涂层连杆提高约 30% - 50%,因为涂层阻止了腐蚀坑的形成,减少了疲劳裂纹的起始位置。
4.良好的膜对于结合力的影响
高质量的DLC涂层与连杆基体之间具有良好的结合力。当连杆承受交变载荷时,涂层不会轻易剥落。如果涂层剥落,剥落区域会形成新的应力集中点,加速连杆的疲劳破坏。
先进的DLC涂层制备工艺(如物理气相沉积或等离子体辅助化学气相沉积)能够确保涂层与连杆基体之间形成牢固的结合。通过划痕试验等方法可以检测涂层与基体的结合强度,良好的结合力保证了涂层在连杆工作过程中持续发挥其改善疲劳寿命的作用。
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