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GIC涂层应用于活塞环
(深圳金迈克精密科技有限公司)
摘要〕本文介绍了采用PVD处理方法获得的Gic涂层,针对Gic涂层应用于活塞环,提高活塞环耐磨、减摩性能做了重点介绍,并叙述了该领域的发展现状及趋势。
关键词〕活塞环 PVD处理方法 Gic涂层耐磨减摩摩擦功耗
1860年法国人勒努瓦(Lenoir,Jean Joseph Etienne)首次在内燃机中采用了弹力活塞环,经过一百多年的发展,内燃机活塞环的结构、尺寸设计日趋系列化、标准化,目前改进的重点主要集中在材料和表面处理,特别是表面处理技术的突破会是以后活塞环技术发展的前沿。本文重点介绍一种近几年来活塞环领域内广泛关注的表面处理涂层——Gic涂层。
讨论Gic涂层前有必要介绍一下PVD处理技术,并理清一个活塞环行业内存在的概念性问题。所谓PVD即英文Physical Vapor Deposition的简称,意思为物理气相沉积,它本是镀膜行业一种常用的镀膜处理方法。物理气相沉积法(PVD)又可分为真空镀,真空溅射和离子镀等等,在活塞环Gic涂层上采用的溅射技术是把工件经清洗烘干等前处理后放进封闭的腔室内通过抽真空,电离,溅射等过程,最终在工件表面形成金属化合物过渡层和掺杂Gic涂层。金属离子来源于靶材,PVD处理时根据不同的金属靶材和反应气体,会生成不同种类的涂层,如:TiN(金黄色)、
ZrN(青黄色)、CrN(银灰色)、Gic(黑色)等等。PVD是一种镀膜方法,而不是镀层种类。正如我们所熟悉的湿式电镀,根据槽液和处理方式的不同可以镀硬铬、镀锌、镀镍等等,还有活塞环行业内广为人知的CKS/CID都是湿式电镀。十多年前,PVD处理应用于活塞环在国内是空白,国内厂家从国外引进活塞环外圆面CrN涂层PVD处理技术时,可能出于简单化考虑,在产品推广时就叫PVD环。结果导致现在不少用户以为PVD环就是那种灰色的CrN涂层环。可以假设,如果以前国内湿式电镀应用于活塞环也是空白,那么引进CKS(铬-陶瓷复合涂层)环后,现在行业内恐怕就不叫CKS环,该叫湿式电镀环了。
上篇幅力图说明PVD是一种镀膜的处理方法,而膜层种类却是多样的。本文要探讨的Gic涂层就是一种采用PVD处理方法获得的涂层:Gic涂层。我们知道碳原子和碳原子之间以不同的方式结合,会产生不同的物质:金刚石(diamond)——碳碳以sp3键( 一个C原子被另外3个C原子所围绕并形成共价键,表现出硬度高的特性。)的形式结合;石墨(graphite)——碳碳以sp2
键(其 C 原子紧密以共价键连接在一个平面内, 层与层之间的连接很弱。)的形式结合;Gic涂层——碳碳则是以sp2键为主的混合形式结合,通常为非晶态或含有部分纳米晶。Gic涂层具备高硬度和低摩擦系数的特点。涂层硬度高(2000-3000HV),是普通镀硬铬环或氮化环硬度的2~3倍,具有更高的耐磨损性能,同时由于含有石墨成分,其摩擦系数极低(),降低了环对缸套的攻击性,在恶劣润滑条件下提高了环的抗拉缸性能,同时对解决活塞环早期异常磨损效果显著。同为PVD处理方式获得,
Gic涂层与CrN硬质涂层比较,其最为突出的优点是大大降低了活塞环摩擦功耗。在发动机设计时,为了改善发动机的燃油耗,应尽可能地将燃烧能量无损地作为驱动力加以有效利用。减少发动机