鍍膜材料介紹

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1、背景和意義：解決汽車摩擦損耗的意義：美國能源部成立了專門的辦公室來領(lǐng)導(dǎo)這一課題的研究，減少和降低發(fā)動機和傳動裝置的摩擦磨損據(jù)估計每年可以為美國節(jié)省1200億美元。公安部統(tǒng)計指出，截至2010年3月，全國機動車保有量約1.92億輛。汽車是能源消耗和污染物排放的‘大戶’，也是節(jié)能減排工作的重點，所以汽車行業(yè)推進(jìn)節(jié)能減排工作的意義尤為重大關(guān)鍵潤滑問題：發(fā)動機關(guān)鍵部件材料及表面技術(shù)：燃料噴射系統(tǒng)（柱塞，噴油嘴，燃料供應(yīng)泵等）發(fā)動機氣門系統(tǒng)（氣門挺桿、搖桿）動力傳動系統(tǒng)（齒輪，軸承，凸輪軸）活塞部件（活塞環(huán)，活塞銷）曲軸鋼、球墨鑄鐵目前

2、：表面氮化處理連桿鍛造鑄鐵活塞鋼、鋁合金目前：活塞頂部的處理方法主要有陽極氧化處理、鍍鉻、陶瓷噴鍍、微弧氧化；活塞裙部的處理方法主要有鍍錫、涂石墨、涂二硫化鉬。解決汽車摩擦損耗的途徑：需要低摩擦、長壽命精確控制潤滑技術(shù)·燃油系統(tǒng)（噴油、進(jìn)氣等系統(tǒng)）·摩擦損耗（摩擦副）l傳統(tǒng)潤滑油1、難以取得突破性進(jìn)展2、不能解決高壓共軌噴油系統(tǒng)等精確控制系統(tǒng)的潤滑問題l傳統(tǒng)表面處理（沒有重視潤滑性能）1、氮化物表面硬化2、電鍍六價鉻鍍層DLC潤滑涂層：含氫碳膜具有高硬度、超低摩擦系數(shù)和磨損率、高的化學(xué)惰性以及結(jié)構(gòu)和成分可調(diào)等優(yōu)點，使其作為固體

3、超潤滑材料顯示了巨大的應(yīng)用前景和價值。高硬度、低摩擦、低磨損、良好的生物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性能好、熱導(dǎo)率高、良好的紅外透過性。與金剛石膜相比，DLC膜不僅具有較為寬松的合成條件，而且具有極低的摩擦系數(shù)、性能可控等優(yōu)點，是引起人們關(guān)注的主要原因。DLC薄膜的應(yīng)用：汽車工業(yè)耐磨涂層要求：DLC汽車應(yīng)用：發(fā)動機氣門頂筒，摩擦損失約降低10％，燃效提高約1～2％天籟VQ發(fā)動機的氣門頂筒采用了DLC，使凸輪和氣門頂筒之間的摩擦減少40%技術(shù)應(yīng)用：發(fā)動機關(guān)鍵零部件表面強化與節(jié)能減排、可靠性目標(biāo)定位：提高自主品牌汽車的節(jié)能、減排和可靠性關(guān)鍵技

4、術(shù)：發(fā)動機摩擦系統(tǒng)用新型潤滑材料技術(shù)啟動項目：基于汽車節(jié)能減排的摩擦學(xué)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用研究研究策略：l所有發(fā)動機摩擦副需要良好潤滑(低摩擦、長壽命)l高壓共軌噴油系統(tǒng)需要精確潤滑(低摩擦、可靠性)l不同工況條件摩擦副需要不同潤滑材料（都是碳薄膜）l固體潤滑碳薄膜與燃油、潤滑油的適配性l燃油、潤滑油對固體潤滑碳薄膜的腐蝕性l碳薄膜的結(jié)合力、硬度、彈性、抗腐蝕性、摩擦磨損性能關(guān)鍵、迫切需求：高壓共軌噴油系統(tǒng)/進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)先考察的選項：碳薄膜結(jié)合力、摩擦磨損性能碳薄膜與柴油的適配性和腐蝕性能科學(xué)問題：1、低摩擦、長壽命固體潤滑薄膜的設(shè)計

5、構(gòu)筑原理；2、表面界面結(jié)構(gòu)對邊界潤滑的影響機制。關(guān)鍵技術(shù)：1、低摩擦超彈性潤滑薄膜結(jié)構(gòu)的可控制備方法；2、界面結(jié)構(gòu)與潤滑特性精確控制技術(shù)。研究方案：l以Si、Ti、Cr等作為過渡層，提高鋼基體材料與碳薄膜的結(jié)合力；l以類富勒烯納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)筑減小碳薄膜的內(nèi)應(yīng)力；l利用自行研制的高功率高頻脈沖磁控濺射與PECVD沉積系統(tǒng)制備厚度均勻、圓度公差小的低摩擦、長壽命碳薄膜；l以一汽集團(tuán)技術(shù)中心為評價平臺;l以國際合作為智力、經(jīng)驗輔助;l實現(xiàn)由實驗室研究成果向臺架試驗、整車裝配的跨越式技術(shù)突破。研究內(nèi)容：1、超低摩擦類富勒烯碳膜結(jié)構(gòu)與

6、性能演變；2、液體環(huán)境下微納界面結(jié)構(gòu)的潤滑特性；3、固體潤滑薄膜干摩擦與潤滑環(huán)境適應(yīng)性。創(chuàng)新與突破點：1、類富勒烯結(jié)構(gòu)超低摩擦碳薄膜在發(fā)動機電控噴油系統(tǒng)的應(yīng)用；2、致密碳薄膜的高功率高頻脈沖磁控濺射、PECVD制備方法。研究計劃：2010年08月-12月碳基薄膜在電控噴油系統(tǒng)柱塞、氣門挺柱等表面的均勻、致密、圓度工藝參數(shù)篩選與確定；2011年01月-06月碳基薄膜在電控噴油系統(tǒng)柱塞、氣門挺柱等表面的高結(jié)合力過渡層、梯度結(jié)構(gòu)工藝確定，低摩擦、長壽命性能評價與調(diào)控；2011年07月-12月應(yīng)用臺架試驗與整車運行評價2012年01月

7、-07月碳基薄膜在電控噴油系統(tǒng)柱塞、氣門挺柱等表面的整車裝配。技術(shù)目標(biāo):硬度：納米壓痕硬度介于15-25GPa（硬度過高不利于達(dá)到低摩擦、長壽命）；結(jié)合力：與不銹鋼的結(jié)合力>60N；粗糙度：AFM測試的厚度為～1μm的薄膜表面粗糙度<10nm；摩擦系數(shù)：<0.06。研發(fā)目標(biāo):在國際汽車行業(yè)首次將超低摩擦、超低磨損類富勒烯結(jié)構(gòu)類金剛石薄膜應(yīng)用于發(fā)動機電控噴油系統(tǒng)柱塞，降低油耗2%，CO2排放2%，同時，提高可靠性。在一汽集團(tuán)新型車型發(fā)動機關(guān)鍵部件應(yīng)用超低摩擦、超低磨損類富勒烯結(jié)構(gòu)類金剛石薄膜，提高一汽集團(tuán)自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)和核心技

8、術(shù)競爭力，實現(xiàn)利潤空間的提升和市場占有率。聯(lián)合實驗室DLC進(jìn)展:水潤滑：對偶行為Φ10mm氮化硅球，載荷20N往復(fù)運動，振幅為1mm，頻率為20Hz固定轉(zhuǎn)動時間為30min潤滑劑為pH值分別為0、2、4的HCL水溶液和pH值分別為10、12、14的KOH水溶液。醇潤滑：UMT