Алмазоподобные углеродные покрытия (DLC)
Только представьте, что за 1 000 000 км пробега коммерческого автомобиля средней мощности, поршень проходит около 300 000 км — более семи экваторов нашей планеты, а возвратно поступательных движений поршня совершается приблизительно два миллиарда! Жаровой пояс и первое компрессионное кольцо выдерживает более 500 000 000 циклов сгорания топливовоздушной смеси, при которых сжигается более 150 тонн топлива при температуре около 450˚ С. Все это происходит при давлении на поршень до 250 бар.
Поршневые кольца являются одними из самых нагруженных компонентов двигателя внутреннего сгорания, подверженных как экстремальному давлению, так и высоким температурам. Для увеличения срока службы поршневых колец применяются износостойкие материалы и различные упрочняющие покрытия. На сегодняшний день одним из самых эффективных является алмазоподобное DLC-покрытие. Благодаря своей слоистой структуре DLC является невероятно прочным покрытием, обеспечивает поверхности отличное сопротивление абразивам и агрессивным химическим соединениям.
Алмазоподобный углерод состоит из алмазоподобных (Sp3) и графитоподобных (Sp2) связей, образующих аморфную структуру. Sp3 придают покрытию твёрдость алмаза, а Sp2 обеспечивают низкое трение скольжения графита. Однако, в отличие от алмаза, DLC-покрытия обладают свойством, когда при достижении определённой температуры Sp3 может превращаться в Sp2, что позволяет покрытию в местах граничного трения приобретать графитовые свойства.
1 — Покрытие DLC
2 — Хромированный слой
3 — Азотированный слой
4 — Основной материал
На срезе поршневого кольца под электронным микроскопом хорошо видна слоистая структура материала и характерные особенности строения каждого слоя.
Таблица A
Нормальная относительная скорость эксплуатационного износа. «Хромирование» принято за единицу.
X1 — DLC
X2 — Азотирование
X3 — Хромирование
Таблица B
Снижение трения для компрессионных колец с DLC
Ось X — Частота вращения, об/мин
Ось Y — Среднее эффективное давление трения, kPa
R1 — Хромированное кольцо
R2 — Кольцо с DLC покрытием
Поршневые кольца с тонким DLC-покрытием демонстрируют хорошую самосмазку, а также более высокую устойчивость к термическим нагрузкам по сравнению с традиционными покрытиями. DLC-покрытие на масляных кольцах улучшает трибологические характеристики цилиндропоршневой группы благодаря низкому коэффициенту трения. Использовании компрессионных колец с DLC-покрытием совместно с маслосъёмными кольцами с DLC-покрытием дополнительно снижает потери на трение примерно на 2%. При этом алмазоподобное покрытие устойчиво к высокой температуре до 500 ºC.
Толщина покрытия поршневых колец составляет от 5 до 30 мкм, а для нанесения минимальной толщины при производстве требуется около 24 часов. WELLFAR использует наиболее производительный и технологичный метод нанесения DLC покрытия — технологию FCVA (катодно-дуговое осаждение) и осуществляет полный производственный цикл при изготовлении поршневых колец как для бензиновых, дизельных ДВС, так и для воздушных компрессоров.
Преимущества
- Низкий коэффициент трения
- Высокая твёрдость
- Износостойкость
- Высокие антикоррозионные свойства
- Снижение расхода топлива и масла на 2-5%
- Увеличенный срок службы двигателя
- Низкий уровень выбросов в течение всего срока службы двигателя