類金剛石涂層對汽車變速器齒輪摩擦特性的影響

類金剛石涂層對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

一個高效的動力總成技術(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）進行合作，研究在劇烈轉(zhuǎn)動–滑動條件下對高負荷變速器齒輪表面所進行的類金剛石（DLC）涂層處理，以降低發(fā)動機摩擦損失。基于DLC涂層的ZrCg和納米物質(zhì)ZrC通過物理氣相沉積（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)測試方法，在雙圓盤試驗臺上進行齒輪高負荷滾動–滑動試驗。其中，摩擦學(xué)模型試驗包含全部類型摩擦，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，其與未進行涂層處理的齒輪相比，摩擦損失降低了25%；當負荷更大、轉(zhuǎn)速更高時，其摩擦損失能夠降低到39%。DLC涂層在EHL（彈性流體動力）潤滑條件下的優(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，并通過接觸角測量齒輪油，利用接觸角數(shù)據(jù)計算粘附能量。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界面張力和粘附力有明顯影響；在混合摩擦及EHL潤滑條件下，較高的粘附能量（良好的潤濕性）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，同時其熱傳導(dǎo)較低，轉(zhuǎn)動接觸面相對油膜厚度較大。