DLC薄膜在发动机滑动摩擦副上的应用

 

 

      活塞、活塞环和气缸是发动机的核心部件，它们的摩擦学性能对整个发动机的燃油消耗和排放有直接影响。近年来，为了满足发动机体积更小、效率更高、排放更低的要求，在活塞裙部和活塞环表面涂覆了摩擦性能优良的耐磨薄膜。由于dlc薄膜具有更高的硬度、更好的抗高温氧化性和耐腐蚀性，受到了越来越多的关注。

       为了降低活塞与铝合金气缸间的摩擦、改善耐磨性，在大气中做过销盘式单体摩擦试验。当与a390铝合金圆盘构成摩擦副时，结果显示通常铸铁材料的摩擦因数为0．5，而dlc材料则具有摩擦因数为0．4的减摩效果。活塞环所采用的crn是用pvd (物理气相沉积)工艺在合金钢活塞环上形成的、数微米厚的硬质平滑表面。这种硬质薄膜的耐磨性优于一般的镀铬层。因此滑动面的平滑性得到保持，从而也能获得良好的减摩效果。

 

 

        配气机构的零件常处于边界润滑状态，凸轮与从动件间的计算油膜厚度在低转速区域为1.0 um以下，比表面粗糙度值小得多，尤其会有在某一凸轮转角发生机油夹带速度为零，不能应用弹性流体润滑理论计算油膜厚度的状况。因此，抑制这种边界润滑区域的发生，可以降低凸轮与从动件间的摩擦。要减小边界润滑区域的比例，有效措施是减少凸轮与从动件的表面粗糙度、增大油膜厚度与表面粗糙度之比。

        近年来，有关凸轮与从动件利用dlc薄膜实现低摩擦化的研究不断受到重视。图为将tin、crn、dlc和二硫化钼烧结膜涂覆于凸轮及从动件摩擦表面后，在机油中用单体凸轮一从动件试验机进行从动件与凸轮间摩擦测定的结果。对于tin、crn和dlc硬质薄膜而言，摩擦力矩与滑动表面粗糙度之间显示出良好的相互关系。由此可看出，这些薄膜的减摩效果依赖于其优异的滑动表面平滑性。而二硫化钼涂层所显示的数值低于该相关图线，这是由于虽然涂层的耐磨性不足，但材料本身的固体润滑性较好的缘故。另外，将几种涂有减摩材料的凸轮与从动件分别在无润滑状态下和在机油中进行了摩擦测定．图2为测定结果。可以看出，虽然在机油中tin和dlc硬质薄膜的摩擦因数没有明显差别，但在无润滑状态下，tin的摩擦因数大，而有固体润滑性的dlc与二硫化钼相同，摩擦因数较小。因此，即使在润滑不足的部位，dlc薄膜的摩擦也很小。

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