技術干貨｜小小DLC涂層在汽車發動機上的大應用

進到21個世紀至今，伴隨著我國經濟的迅速發展趨勢，不可再生資源耗費產生的生態環境問題也日益突顯。當今，伴隨著“國五”規范的持續推動及其“國六”規范的即將來臨，本身勤奮自主創新及其汽柴油成本費不斷提升的大環境下，追求完美發動機的節能減排提質增效早已是必然趨勢。PVD（物理學氣相色譜沉積）做為一種慢慢被大家普遍聯系和肯定的表面解決方式，其給汽車發動機總體特性產生的改進慢慢呈現其優點。PVD本身具備的低碳環保排出、加工工藝溫度低、涂層強度高、摩擦阻力低、結合力強而且有機化學可靠性好等特性，使其具有運用于發動機零部件的主要標準。

DLC（類金鋼石）涂層做為一種比較常用的PVD涂層，和金鋼石幾乎有著一樣的特點。因為其具備高韌性和高彈性模具、低摩擦因數、抗磨損及其優良的真空泵固體力學特點，很適用于做為耐磨損涂層，因此根據氣相色譜沉積加工工藝得到的DLC涂層在諸多有耐磨性能及其強度規定的零件上獲得廣泛運用。DLC加工工藝溫度通常在200℃上下，乃至更低，可以解決大部分的汽車零件；DLC涂層細致光潔，自潤濕性好，摩擦阻力通常在0.1下列；強度高，通常在Hv2200以上；特別是在合適涂敷在汽車零件表面，承擔經常不斷的高韌性磨擦損壞，具有提升零件性能指標、增加使用期限的功效；此外，DLC較大可承受350℃，且耐蝕性好、有機化學可靠性高、構造高密度，可以擔任汽車發動機的內部溫度和辦公環境。

圖1: DLC 涂層的活塞環

我們知道，汽車發動機中的活塞環安裝在活塞桿外壁的凹形槽內，環內圓面緊貼在汽缸內腔。伴隨著活塞桿在汽缸內左右反復運動，環面不斷刮擦汽缸內腔，造成很大的振動功耗損，工作狀況較為極端?；钊h在汽車發動機中一般具有導向性、傳熱、密封性等功效，因而，緊緊圍繞其進行的表面解決技術性立即危害到汽車發動機整體的能源消耗和使用期限。近幾年來，世界各國許多科研院所、制造企業對活塞環制作工藝和表面解決的探尋一直都沒有終止。傳統式的關鍵表面解決技術性有滲氮處理、滲氮解決、酸洗磷化等，現階段較為完善的PVD涂層是多指CrN涂層，在市場上比較廣泛。近些年產生的過氧化物DLC涂層（下稱DLC）和無氫DLC涂層（以下簡稱TaC）做為一種新的涂層原材料和技術性，由于具備更為出色的特性獲得業內的普遍高度重視。與CrN對比，DLC可以有效的降低磨擦，進一步減少磨擦功耗損，較重要的一點是更為不容易發動機拉缸。在以非汽柴油為能源的新能源車汽車發動機（如燃氣和現階段在勤奮營銷推廣的甲醇燃料的汽車發動機）中，DLC涂層的活塞環可以在無潤滑脂的干態磨擦標準下具有較好的潤滑油和耐磨損減磨的功效，這也是現階段處理這類活塞環使用壽命和環保節能問題的一方式。而文章開頭提及的DLC指的便是這兒的過氧化物DLC涂層。

可是，必須強調的是，傳統式的DLC涂層通常不上5μm，非常容易被刮擦下去，遠遠地達不上汽車發動機的具體使用期限。不論是在什么樣子的零件上應用，一般來說，在達到零件規格規定的條件下，涂層的薄厚，尤其是DLC涂層的厚度通常是越厚越好，那樣零件的耐磨性能會相對提升。殊不知，一旦涂層的薄厚提升，尤其是DLC層的薄厚提升，便會導其熱應力擴大，危害涂層和板材結合力，造成涂層與板材脫離，這就對涂層的使用期限和效果造成危害。因而，薄厚以及主要表現出的耐磨性能一直是運用上的一個短板。而TaC做為一種無氫DLC盡管有報道稱能保證20μm，可是目前標準下，其產品成本及其機器的設備維修保養等層面也許難以達到真真正正的規模性批量生產必須，此刻就急缺真真正正合適活塞環的DLC加工工藝。

星弧通過很多年與世界頂級活塞環制造企業相互配合，開發設計出了較新款DLC涂層，其不論是在原材料構造上或是合理性上面達到了工業化生產的要求?，F階段，這款涂層早已取得成功運用于車用汽油和柴油機服務平臺上，并且早已建立了大量大批量化生產制造。應當說，DLC運用于活塞環早已逐步成為了一種發展趨勢。

圖2： 活塞環上DLC 涂層的壓印主要表現（下左圖，環內圓面洛式壓??；下圖，涂層粘合力等級分辨規范）

星弧運用于汽車發動機活塞環上的DLC涂層選用雙層納米技術構造，根據夾雜化學元素可以有效的改進原料的延性，其特性除開維持以上基本DLC的一般涂層特點之外，總薄厚較大達10μm，與傳統式PVD涂層原材料對比耐磨性能擁有大幅度提高，并且其結合力也遠好于一般DLC。從結合力看來，依據洛式硬度計在涂層上方豎直往下載入150kg的力后形成的壓印的周邊膜層情況可判斷為級別1級（圖二，下左圖；級別分成1-6級，1-4級達標，圖2，下圖），此為判定檢測；而定量分析的刮痕檢測獲得的結合力通常做到50N以上（圖3）?，F階段，早已運用到的活塞環類型有汽油發動機中的氣環，氣環和柴油發動機環，環直徑從較少的52.4mm到較高的112mm不一。

圖3：活塞環上DLC 涂層的刮痕主要表現

DLC涂層現階段可以根據很多種多樣技術性得到，但目前市面上常見的方式分別是射頻濺射、電子束和電孤技術性。完成這三種方式方法借助的硬件配置——等離子源（射頻濺射靶座、電子束源和電孤源），其構造設計開發和安裝乃至后面的檢測和設備維修保養等，全是由企業自主進行。星弧運用于活塞環上的DLC關鍵選用射頻濺射技術性和電子束技術性雙層復合型沉積而成。等離子源在對應的開關電源和反映混合氣體的相同的作用下，將原料變為很多外部經濟通電的等離子。這種給予涂層主要成分的等離子伴隨著鍍膜設備內造成的磁場的遍布，有規律性地做定向運動，較后在必須沉積的物品部位，慢慢產生宏觀經濟由此可見的、具備一定壁厚的涂層。

在其中，射頻濺射技術性沉積速度高，可靠性高，勻稱性好，結合力強，必須沉積的食材只需制做成對應的小塊靶材就可以安裝在靶座上；在涂層沉積全過程中，該技術性承擔沉積與板材觸碰的較底層及其處于較底層和較外面的作用層中間的調整層。電子束技術性主要是用于沉積作用層，含碳量的反映汽體在電子束源造成的強靜電場的作用下被水解成等離子并沉積到以上銜接層上。由于是汽體做為是碳元素的來源于，因此沉積出的涂層構造更加高密度，表面更加光潔和順滑。銜接層的存有可以很好地提升納米技術強度范疇，進而可以完成作用層壁厚的提升，而且可以合理緩存后作用層產生的極大內應力，提升復合型塑料薄膜與材料的結合力。與此同時，因為銜接層的表面外部經濟構造優良，不容易毀壞DLC本身的表面粗糙度，進而確保復合型涂層具備較低的摩擦阻力。

另一種常見的DLC沉積技術性根據電孤源來完成，其原理是在碳靶表面產生電孤，一瞬間熔化靶材并造成等離子。電孤沉積DLC涂層的特點是沉積速度高、強度更高一些及其可靠性更強，是處理銷售市場對更厚DLC（20μm）要求的方式之一。但電孤DLC表面表面粗糙度較高，在許多運用場所失去其自身原有特性，導致所制取的活塞環滑動摩擦力比較大，耐磨損減磨特性欠佳，現階段還存有許多運用問題。星弧匯總先人的工作經驗，將持續發布越來越多的DLC。