PVD涂層在汽車行業的大戲是從1995年開始上演的,首先在柴油高壓燃油噴射系統上大放異彩。從此,降低磨損和減少摩擦做功就成了PVD涂層在汽車行業中的金字招牌。這個摩擦學涂層DLC在氣門機構零件上應用之后,摩擦功耗竟然減少了40%,真的是輕松實現更好的燃油經濟性和CO2減排,汽油發動機也可以通過應用降低磨損、減少摩擦的PVD涂層來提升自身實力。不得不說,涂層真的是個神奇的存在,它已經成為了提高零部件性能進而增強發動機性能的不二之選!
一、無定形含氫DLC
DLC涂層有許多種。開始是摻雜金屬的DLC被用在發動機部件上。Me-DLC的典型應用是渦輪增壓柴油機燃油噴射器部件和軸承。Me-DLC涂層是用金屬或陶瓷靶反應濺射制成,硬度在1200-2000HV之間變化,干磨標準摩擦系數通常在0.1-0.2之間。Me-DLC涂層的抗沖擊疲勞的能力特別地得到了認可,現在仍然廣泛應用在多種零件上,例如軸承、活塞環。因為不斷提高的要求特別是渦輪增壓柴油噴射器的發展,Me-DLC涂層的耐磨損能力已不能滿足要求。很快地含氫無定型碳DLC(a-C;H)就被用來防止不斷增加的噴射壓力帶來的燃油噴射器系統的磨損。用PACVD技術生產的含氫無定型碳DLC(a-C;H)涂層硬度可達2500HV,標準摩擦系數范圍是0.05-0.15,典型應用是在渦輪增壓柴油燃油噴射器部件、活塞銷和氣門配氣機構部件。與PACVD技術相對應的是用碳靶磁控濺射生成的更耐磨的含氫無定型碳DLC(a-C;H)涂層,硬度可以更高 (3500H) 而摩擦也更低(特別是與油混合時),缺點也同樣明顯,用石墨靶濺射的沉積速率明顯低于用PACVD方法,因此生產成本較高。
二、涂層與零部件和潤滑油緊密相關
摩擦學涂層需要進行調節以滿足具體零件的需要。想要找到最佳的摩擦減少方案嗎?就得看具體零件、涂層和潤滑條件!為了給每個零件找到最合適的涂層和摩擦條件,在科學家們的努力下!一個神奇的摩擦學技術出爐,就是無氫DLC涂層(ta-C),它就像金剛石一樣結實,硬度可以達到4000-7000Hv,在有油潤滑的時候摩擦系數范圍大概在0.02-0.1之間。不過呢,它有點小毛病,就是表面粗糙度有點高,涂層應力大,而且抗熱能力有限(200℃)。所以,用完之后零件還需要進行后期處理哦。另外,還有一項高級技術叫做摻S的DLC涂層DLC(a-C;H-Si),它在有潤滑的條件下DLC(a-C;H-S)摩擦系數就低于PACVD涂層啦!通過調節涂層就可以達到最優水平哦,它結合了硬度和減少摩擦的優點,還有更高的耐熱能力。
三、不同工件應用不同的DLC涂層方案
汽車零件的批量生產使選擇一個特定設備為具體零件制備特定涂層成為很自然的事情。由于應用于汽車零件的涂層在不同的領域變化不同。DLC涂層批量生產應用于汽車行業還不到15年,因此還有許多領域需要研究,零部件行業不斷增長的需求,很多的需求需要發展解決。但DLC涂層已被證明可以在未來發動機降低CO2排放開發中扮演很重要的角色。無論哪種選擇:Me.DLC,PACVD,濺DLC,Ta-C 或摻硅 DLC,最好的涂層方案將會是經過調節適應具體零件及其潤滑條件需要的涂層。
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