类金刚石涂层对汽车变速器齿轮摩擦特性的影响

类金刚石涂层对汽车变速器齿轮摩擦特性的影响

刊名：Surface&Coatings Technology（英）

刊期：2015年第284期

作者：K.Bobzin

编译：王亮

一个高效的动力总成技术有助于减少CO2排放量。由于摩擦的周期性或连续性，因此摩擦损失最小的汽车变速器在提高效率和节约化石燃料方面具有巨大潜力。IOT（表面工程研究所）与FZG（齿轮研究中心）进行合作，研究在剧烈转动–滑动条件下对高负荷变速器齿轮表面所进行的类金刚石（DLC）涂层处理，以降低发动机摩擦损失。基于DLC涂层的ZrCg和纳米物质ZrC通过物理气相沉积（PVD）。以工业金刚石涂层DLC-REF1作为参考，利用相关的摩擦学测试方法，在双圆盘试验台上进行齿轮高负荷滚动–滑动试验。其中，摩擦学模型试验包含全部类型摩擦，如边界摩擦、混合摩擦、流体摩擦，尽管材料表面被涂层完全分离，但是使用ZrCg涂层的齿轮其摩擦因数可以降低35%。

采用DLC涂层的齿轮，其与未进行涂层处理的齿轮相比，摩擦损失降低了25%；当负荷更大、转速更高时，其摩擦损失能够降低到39%。DLC涂层在EHL（弹性流体动力）润滑条件下的优良性能是由其热物理性能决定的。根据摩擦表面的湿度分析，确定DLC涂层的表面特性、界面张力、表面能量，并通过接触角测量齿轮油，利用接触角数据计算粘附能量。相关分析表明，在边界摩擦和流体摩擦条件下的摩擦特性对界面张力和粘附力有明显影响；在混合摩擦及EHL润滑条件下，较高的粘附能量（良好的润湿性）有助于降低摩擦因数。

由于DLC涂层具有良好的热物理性能（即导热系数和比热容），因此DLC涂层与钢相比具有更好的摩擦性能。基于闪温理论，DLC涂层的表面温度较高，同时其热传导较低，转动接触面相对油膜厚度较大。