類金剛石涂層對(duì)汽車變速器齒輪摩擦特性的影響

刊名：Surface&Coatings Technology（英）

刊期：2015年第284期

作者：K.Bobzin

編譯：王亮

一個(gè)高效的動(dòng)力總成技術(shù)有助于減少CO2排放量。由于摩擦的周期性或連續(xù)性，因此摩擦損失最小的汽車變速器在提高效率和節(jié)約化石燃料方面具有巨大潛力。IOT（表面工程研究所）與FZG（齒輪研究中心）進(jìn)行合作，研究在劇烈轉(zhuǎn)動(dòng)–滑動(dòng)條件下對(duì)高負(fù)荷變速器齒輪表面所進(jìn)行的類金剛石（DLC）涂層處理，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失?；贒LC涂層的ZrCg和納米物質(zhì)ZrC通過(guò)物理氣相沉積（PVD）。以工業(yè)金剛石涂層DLC-REF1作為參考，利用相關(guān)的摩擦學(xué)測(cè)試方法，在雙圓盤試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行齒輪高負(fù)荷滾動(dòng)–滑動(dòng)試驗(yàn)。其中，摩擦學(xué)模型試驗(yàn)包含全部類型摩擦，如邊界摩擦、混合摩擦、流體摩擦，盡管材料表面被涂層完全分離，但是使用ZrCg涂層的齒輪其摩擦因數(shù)可以降低35%。

采用DLC涂層的齒輪，其與未進(jìn)行涂層處理的齒輪相比，摩擦損失降低了25%；當(dāng)負(fù)荷更大、轉(zhuǎn)速更高時(shí)，其摩擦損失能夠降低到39%。DLC涂層在EHL（彈性流體動(dòng)力）潤(rùn)滑條件下的優(yōu)良性能是由其熱物理性能決定的。根據(jù)摩擦表面的濕度分析，確定DLC涂層的表面特性、界面張力、表面能量，并通過(guò)接觸角測(cè)量齒輪油，利用接觸角數(shù)據(jù)計(jì)算粘附能量。相關(guān)分析表明，在邊界摩擦和流體摩擦條件下的摩擦特性對(duì)界面張力和粘附力有明顯影響；在混合摩擦及EHL潤(rùn)滑條件下，較高的粘附能量（良好的潤(rùn)濕性）有助于降低摩擦因數(shù)。

由于DLC涂層具有良好的熱物理性能（即導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容），因此DLC涂層與鋼相比具有更好的摩擦性能。基于閃溫理論，DLC涂層的表面溫度較高，同時(shí)其熱傳導(dǎo)較低，轉(zhuǎn)動(dòng)接觸面相對(duì)油膜厚度較大。