日立工具和日立金屬開發(fā)出了密著性比原來的DLC(Diamond Like Carbon)涂層更高的汽車部件用DLC涂層“L-Frex”和皮膜特性更高的汽車部件用母材“ASL555”。2009年10月,日立工具將開始新涂 層服務(wù),日立金屬將上市新母材。這兩種產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究得到了日立制作所的協(xié)助。
據(jù)兩公司介紹,目前減輕汽車部件重量、提高耐用性的需求高漲,其中減小發(fā)動(dòng)機(jī)氣門系統(tǒng)(氣門挺桿、搖桿)及燃料噴射系統(tǒng)滑動(dòng)部件(燃料噴嘴、燃料供應(yīng)泵等)處發(fā)生的摩擦需求很高。另外,發(fā)動(dòng)機(jī)使用的滑動(dòng)部件會(huì)遇到高溫,因此還需要提高耐燃燒特性
而過去滑動(dòng)部件都采用氮化處理涂層,有些領(lǐng)域無法應(yīng)用。所以能夠減小摩擦的DLC涂層得到普及。但目前的DLC涂層在密著性方面存在問題。
圖1:密著性更高的DLC涂層“L-Frex”系列的摩擦系數(shù)和皮膜硬度。
對(duì)此,日立工具和日立金屬利用各自的涂層技術(shù)和材料技術(shù),對(duì)DLC涂層的皮膜密著性進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),位于涂層皮膜與母材界面上的數(shù)十nm的薄氧化皮膜是使皮膜密著性降低的原因。通過完全去除該氧化皮膜,密著性比現(xiàn)行DLC涂層提高了50%以上(圖1、2)。
另外,新涂層還提高了皮膜硬度。新涂層有維氏硬度為2000HV的“L-Frex S”、3000HV的“L-Frex M”及4000HV的“L-Frex H”三種材料。摩擦系數(shù)均為0.10~0.15,剝離荷重為85N。
此外,兩家公司開發(fā)的母材以高Cr系的馬氏體鋼為基材。為了兼顧高疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性,調(diào)整了所添加的元素。即使涂層處理時(shí)溫度升高,洛氏硬 度也能維持在約60HRC。為縮短涂層處理時(shí)間而加熱到450℃左右時(shí),也能夠維持高硬度,并確保密著性。另外,新母材即便是用于氮化鉻處理及氮化鈦處理 等 DLC涂層以外的涂層,也能夠提高密著性。
日立工具將在島根縣松江市的表面改性中心提供涂層服務(wù)。日立金屬將在特殊鋼公司的安來工廠(島根縣安來市)制造母材。另外,表面改性中心已隨著兩家公司涂層業(yè)務(wù)的整合由日立金屬轉(zhuǎn)給日立工具。
圖2:劃痕試驗(yàn)的結(jié)果(劃痕荷重為40N時(shí))。最左邊為新涂層,其他是原來DLC涂層實(shí)例。