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氣門挺柱

汽車零配件氣門挺柱是車用汽油機(jī)直接驅(qū)動型氣門機(jī)構(gòu)中的傳動部件，與凸輪軸構(gòu)成一個(gè)關(guān)鍵摩擦副。挺柱-凸輪摩擦副是發(fā)動機(jī)摩擦功耗的主要來源之一，同時(shí)不可避免地會產(chǎn)生磨損，影響發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。因此，合適的氣門挺柱表面處理方式對減小摩擦、改善磨損具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。氣門挺柱-凸輪摩擦副具有較大的相對運(yùn)動速度，且應(yīng)力狀態(tài)惡劣，使氣門挺柱表面改性研究面臨很大的挑戰(zhàn)。

DLC類金剛石涂層

碳在自然界有兩種存在形式:金剛石和石墨。在金剛石結(jié)構(gòu)中，每個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道與另外四個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，形成一個(gè)正四面體。石墨結(jié)構(gòu)中的每個(gè)碳原子外層電子以sp2雜化軌道和相鄰的三個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵并排列成六角平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又構(gòu)成互相平行的片層結(jié)構(gòu)。DLC的結(jié)構(gòu)混雜于金剛石結(jié)構(gòu)(sp3)區(qū)域和石墨結(jié)構(gòu)(sp2)區(qū)域，是屬于不具備特定晶體結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。DLC涂層可分為含氫類金剛石(a-C:H)涂層和無氫類金剛石涂層兩種。含氫 DLC 涂層中的氫原子含量在20%~50%之間，sp3 成分小于 70%。無氫DLC涂層中常見的是四面體非晶碳(ta-C)膜。ta-C涂層中以sp3 鍵為主，sp3含量般高于 70%。

所以類金剛石(DLC)涂層能有效地降低摩擦損失、控制結(jié)構(gòu)磨損，因此 DLC涂層及其在氣門挺柱中的應(yīng)用研究成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。摻雜Si和Ge的DLC涂層進(jìn)行研究，結(jié)果表明含Si或Ge的DLC涂層相比未摻雜Si和Ge的DLC涂層內(nèi)應(yīng)力降低，且硬度較高。

DLC涂層的特性，其在發(fā)動機(jī)活塞環(huán)、燃油噴射泵、齒輪齒面和氣門挺柱上的應(yīng)用，指出含Si的DLC涂層能較大地提高電磁離合器的工作壽命。所以工程師在發(fā)動機(jī)挺柱上利用多層梯度復(fù)合技術(shù)沉積了低摩擦類涂層CrTi/CrTiN/CrTiC/DLC，該復(fù)合涂層挺柱的磨損率為滲碳挺柱的1/6。采用磁控濺射方法，制備了 DLC薄膜涂層挺柱，發(fā)現(xiàn)DLC涂層挺柱的摩擦學(xué)行為及其對發(fā)動機(jī)節(jié)能的影響，研究結(jié)果表明在實(shí)際使用工況下配氣機(jī)構(gòu)的摩擦損失降低6%。含si的DLC 涂層(a-C:H:Si)比不含si的DLC涂層(a-C:H)具有更低的摩擦因數(shù)和更好的耐磨性。在配氣機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺架研究方面，搭建了可以進(jìn)行配氣機(jī)構(gòu)動力學(xué)特性和耐久性試驗(yàn)的臺架，且能控制缸蓋溫度和潤滑油溫度。