内燃机DLC涂层超低摩擦技术

提高热效率是内燃机发展的核心目标之一。除了燃烧系统优化、附件电气化、空气系统优化、余热回收等技术外，减少内燃机摩擦损失也是提高内燃机热效率的有效途径。类金刚石（Diamond-like carbon，DLC）它是一种耐磨性优异、摩擦系数极低的材料，可以减少内燃机的摩擦损失，提高热效率。目前，日产、康明已经对DLC对涂层在内燃机中的应用进行了大量的研究，并将其作为提高内燃机热效率的重要前瞻性技术。DLC性能以及DLC涂层可以提高内燃机的热效率。

类金刚石薄膜是一种亚稳态非晶材料，主要由碳原子组成。部分碳原子排列在类似金刚石的结构中，部分碳原子排列在石墨的结构中。DLC耐磨性好，摩擦系数低(一般低于)0.2），摩擦系数随制备工艺和膜中成分的不同而变化，如下表所示。DLC薄膜可分为非晶碳七类（a-C）、四面体非晶碳（ta-C）、金属与非晶碳混合（a-C: Me）、含氢非晶碳（a-C:H）、四面体含氢非晶碳（ta-C:H）、含氢非晶碳的金属合（a-C:H: Me）、改性非晶碳（a-C:H:X）。添加金属元素可以降低其摩擦系数H能提高润滑效果。传统硬膜的摩擦系数一般在0.4以上，DLC膜在摩擦系数上有很大的优势。

测量不同涂层阀柱的摩擦扭矩，如下图所示。试验结果表明，带DLC涂层阀机构可以显著降低不同发动机转速下的摩擦扭矩，从而减少摩擦损失。与无涂层柱的阀门机构相比，采用DLC（ta-C）涂层技术可使摩擦扭矩降低45%左右。

与镀铬和活塞环摩擦性能平台进行比较DLC涂层技术对气环和油环摩擦性能的影响。试验结果表明，采用镀铬气环和油环DLC涂层技术可以降低气环和油环之间的摩擦。DLC就涂层气环而言，0 deg 附近摩擦改善效果明显；对DLC180 deg?360 deg和-360 deg—180 deg改善摩擦的效果更为明显。

由于DLC涂层能有效降低磨损，延长摩擦副的使用寿命。因此，缸套可以与气缸集成，并完全使用DLC涂层铝基底材料，更换原铸铁缸套，减轻重量约5%；活塞和缸套DLC膜涂层可降低摩擦系数20%，提高传热性能，较终提高发动机油耗2%-3%左右。

结论：自诞生以来，类金刚石膜因其优异的性能而受到广泛关注。其良好的耐磨性和低摩擦系数对提高内燃机的摩擦性能有显著影响。它是提高内燃机热效率的重要涂层材料。