氣門挺柱
汽車零配件氣門(mén)挺柱是車用汽油機直接(jiē)驅動型氣門機構中的傳動部件,與凸輪軸構成一個關鍵摩擦副。挺柱-凸輪摩擦副是發動機摩擦功(gōng)耗(hào)的主要(yào)來源之一,同時不可避免地會產生磨損,影響發動機的經(jīng)濟性和可靠性。因此,合適的氣門挺柱表麵處理方式對減小摩擦、改善磨損具有重(chóng)要的現實意義。氣門(mén)挺柱-凸輪摩(mó)擦副具有較大的相對運動(dòng)速度,且應(yīng)力狀態惡劣,使(shǐ)氣門挺柱表麵改性研究麵臨很大(dà)的挑戰。
碳在自然界(jiè)有兩種存在(zài)形式:金剛石和石墨。在(zài)金剛石結構中,每個碳原子(zǐ)都以sp3雜化軌道與另外四個(gè)碳原子形成(chéng)共價鍵,形成一個(gè)正四麵體。石墨結構中的每個碳原子外層電子以sp2雜化軌道和(hé)相鄰的三個碳(tàn)原子形成共價鍵並排列成六(liù)角(jiǎo)平麵(miàn)的網狀結構,這些網狀結構又構成(chéng)互相平行的片層結構。DLC的結構(gòu)混雜於金剛石結構(sp3)區域和石(shí)墨結構(sp2)區域,是屬於不具(jù)備特定晶體結構的非晶態結構。DLC塗層(céng)可分(fèn)為含氫類金剛石(a-C:H)塗層和無氫類金剛石塗層兩種(zhǒng)。含氫 DLC 塗層中的氫原子含量在20%~50%之間,sp3 成分小於 70%。無氫DLC塗(tú)層中(zhōng)常見的是四麵體非晶碳(ta-C)膜。ta-C塗層中以sp3 鍵(jiàn)為主,sp3含量般高於 70%。
所以類(lèi)金剛石(DLC)塗層(céng)能有效地降低摩(mó)擦損失、控製(zhì)結構磨損,因此 DLC塗層及其在氣門挺柱中的應用研究成(chéng)為當前的熱點。摻雜Si和Ge的DLC塗層進行研究,結(jié)果表明含Si或Ge的DLC塗層相比未摻雜Si和Ge的DLC塗層內應(yīng)力降低,且硬度較高。
DLC塗層的特性,其在發動(dòng)機(jī)活塞環、燃油噴射泵、齒輪齒麵和氣門挺(tǐng)柱上的應用,指出含Si的DLC塗層能較大地提高電磁離合器的工作(zuò)壽命。所以工程(chéng)師在(zài)發動機挺柱上利用多層梯度複合技術沉積了低(dī)摩擦類(lèi)塗層CrTi/CrTiN/CrTiC/DLC,該複合塗層挺柱的磨損率為滲碳挺柱(zhù)的1/6。采用(yòng)磁控濺射方法,製備了 DLC薄膜塗層挺柱,發現DLC塗層挺柱的摩擦學行為(wéi)及(jí)其對發動機節能的影響,研究結果表明在實際(jì)使用工況下配(pèi)氣機構的摩擦損失降低6%。含si的DLC 塗層(a-C:H:Si)比不含si的(de)DLC塗層(a-C:H)具有(yǒu)更低的摩擦(cā)因數(shù)和更好的耐磨性。在配氣機構試驗台架研究方麵,搭建了可以進行配氣機構動力學特性和耐久性試驗的台架,且能控製缸蓋溫度和潤(rùn)滑油(yóu)溫(wēn)度。
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