馗鼎奈米科技股份有限公司-Si-Plasma部落格: 【DLC鍍膜如何提升引擎效率與壽命？從Ford賽車氣門薄膜談起】

Ford Racing近期公開新一代WEC Hypercar的賽道測試進度。這款賽車採用以Coyote架構為基礎的5.4升自然進氣V8引擎，預計於2027年投入世界耐力錦標賽。

值得注意的是，Ford在引擎氣門上採用DLC類鑽碳膜。雖然這層薄膜通常只有數微米，卻可能影響零件摩擦、磨耗、運轉溫度與長期可靠度。

根據Ford Racing說明，這具引擎由Ford在密西根自行設計與製造，後續賽道測試將聚焦於性能、可靠度、混合動力整合與空氣力學驗證。參考Ford Racing測試公告

引擎運轉時，氣門、挺桿、凸輪軸與活塞銷等零件會持續承受高速滑動、反覆接觸與高負荷。接觸面產生的摩擦不只消耗部分引擎輸出，也會形成熱量與磨耗。

Road & Track訪問Ford Racing動力系統工程團隊時指出，這具V8引擎的目標轉速高於GT3引擎的8,250 rpm，因此Ford在氣門上採用DLC鍍膜，並從多個零件著手降低寄生損失與摩擦。參考Road & Track專訪

DLC是Diamond-Like Carbon的縮寫，中文常稱為類鑽碳膜。它不是單一膜層，而是一系列以非晶碳為主、可依氫含量、碳鍵結構、摻雜元素及沉積方式調整的功能性薄膜。

DLC結合高硬度與低摩擦特性，可降低金屬表面直接接觸造成的黏著磨耗、刮傷、咬死及表面疲勞。

產業用DLC膜層的厚度通常約為1至5微米。相較於引擎零件本體，這個厚度非常薄，卻能直接改變最關鍵的接觸界面。

其影響主要包括：

1. 降低摩擦造成的機械損失

當氣門機構、挺桿或凸輪等滑動面的摩擦降低，引擎便可減少克服摩擦所消耗的能量。對需要長時間維持高轉速的耐力賽引擎而言，即使單一零件改善幅度有限，多個摩擦界面累積後仍可能影響整體效率。

2. 減少磨耗並維持零件精度

引擎零件在反覆接觸後，表面磨耗可能逐漸改變間隙、接觸位置及負荷分布。DLC可利用較高的表面硬度保護基材，減緩磨粒磨耗與黏著磨耗，協助零件維持原有尺寸與運動精度。

3. 降低咬死與表面損傷風險

在高接觸壓力、潤滑不足或油膜尚未完全建立的情況下，金屬表面容易產生局部接觸。DLC形成低摩擦保護層，可降低刮傷、材料轉移與咬死風險。

4. 不明顯增加零件重量

DLC的膜層厚度通常以微米計算，因此能在幾乎不增加零件重量的情況下改善表面性能。這對需要控制往復運動質量的氣門機構尤其重要。

Nissan工程團隊過去也曾將無氫DLC應用於引擎氣門挺桿，並以實際引擎零件測試其降低摩擦與機械損失的效果。研究同時指出，膜層表面形貌及厚度與抗磨耗表現密切相關。

增加膜厚可能提升磨耗裕度，但膜層越厚，也可能伴隨內應力增加、附著力下降或邊角剝離等風險。因此，DLC鍍膜不能只以厚度作為選型標準。

實際規劃時應同時評估：

零件材質與基材硬度
接觸壓力與滑動速度
工作溫度及潤滑條件
表面粗糙度與前處理品質
DLC種類及沉積方法
膜層厚度、內應力與附著力
零件形狀、遮蔽區域與膜厚均勻性
預期壽命與驗收測試方式

同樣稱為DLC，不同膜層可能採用PVD、PACVD、PECVD或複合製程製備，其硬度、摩擦係數、耐溫性及適用環境也可能不同。

DLC鍍膜的應用並不限於賽車。需要降低摩擦或延長使用壽命的汽機車零件、燃油噴射系統、凸輪軸、活塞銷、泵浦、壓縮機、機械密封件及高壓閥件，都可能是適合評估的對象。

Ford Hypercar案例帶來的重點並不是「鍍上一層DLC就能提高多少馬力」，而是說明表面工程能在不大幅改變零件本體的前提下，從摩擦界面改善效率與耐久性。

馗鼎奈米提供DLC鍍膜與功能性薄膜代工服務，可依基材、零件形狀、使用溫度、摩擦條件及目標壽命，評估適合的前處理、膜層結構與製程參數。

實際導入仍應透過膜厚、硬度、附著力、摩擦磨耗及零件實機測試，確認DLC膜層是否符合最終使用環境。

資訊來源：

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2026年8月25日 星期二