RU156583U1

RU156583U1 - Поршень цилиндра двигателя внутреннего сгорания

Info

Publication number: RU156583U1
Application number: RU2015117417/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Евгеньевич Низовцев; Денис Александрович Климов; Андрей Дмитриевич Бортников; Лев Аронович Финкельберг
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2015-11-10

Abstract

Поршень цилиндра двигателя внутреннего сгорания, выполненный с рельефом в виде ромбической сетки, нанесенной на рабочую поверхность и с нанесенным на последнюю покрытием, отличающийся тем, что покрытие выполнено в виде наноструктурированного металлокерамоматричного материала, представляющего собой смесь фракций порошка карбида кремния (SiC) с размерами фракций:на каждую фракцию наносят раздельно плакирующий слой, включающий никель и дисульфид молибдена (Ni+MoS) при соотношении, мас.%:а содержание фракций в смеси принимают в соотношении, мас.%:

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к поршню цилиндра двигателя внутреннего сгорания и может быть использована в конструкциях поршневых двигателей внутреннего сгорания.

К материалам, применяемым для изготовления поршней, предъявляются такие требования как хорошая теплопроводность, малый коэффициент линейного расширения, хорошие антифрикционные свойства. Как правило, для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания используются алюминиевые сплавы, обладающие теплопроводностью, в 3-4 раза превышающей теплопроводность чугуна, обеспечивающие нагрев днища поршня не более 250°C, достаточно хорошие антифрикционные свойства. Недостатком является большой коэффициент линейного расширения и значительное снижение механической прочности при нагреве.

Известен поршень цилиндра двигателя внутреннего сгорания, выполненный из стали или чугуна, на рабочую поверхность которого наносят по меньшей мере два слоя алюминия и бронзы, причем наружный слой является притирочным слоем, а нижележащий слой является износостойким (патент РФ №2156370, кл. F02F 1/00, 2000 г.). При этом твердость износостойкого слоя превышает твердость притирочного слоя. Использование притирочного слоя такого же типа, как и примененный для нижележащего износостойкого обеспечивает хорошую адгезию притирочного слоя, что снижает выкрашивание или стесывание частиц из притирочного слоя, т.е. износостойкость поршня цилиндра обеспечивается за счет приработки в процессе эксплуатации притирочного слоя. Нижележащий износостойкий слой может быть изготовлен из материала, содержащего твердые частицы в форме карбидов, окислов или нитридов, включенных в металлическое связывающее вещество. Однако использование разных материалов вызывает ухудшение адгезию притирочного слоя к износостойкому, что приводит к снижению износостойкости покрытия.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является поршень цилиндра двигателя внутреннего сгорания, выполненный с рельефом в виде ромбической сетки, нанесенной на рабочую поверхность и с нанесенным на последнюю покрытием (патент РФ №123465, кл. F02F 1/00, 2012 г.). Покрытие в известном техническом решении наносится на рабочую поверхность методом натирания специальными безалмазными брусками следующего состава: дисульфида молибдена - 8%, олова - 11%, меди - 44% и связующего элемента, в качестве которого используется закись железа - 37%.

Недостатком известных технических решений является ограниченное практическое применение, обусловленное несоответствием требований, предъявляемых к рабочей поверхности взаимодействующих деталей (гильзы цилиндра и поршня) - сочетанию высокой износостойкости с высокой теплопроводностью, поскольку составы покрытия и способы их нанесения не позволяют существенно повысить теплопроводность и прочность при повышенных температурах конструктивных элементов цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания.

В основу предлагаемого технического решения положена задача повышения износостойкости и долговечности поршня цилиндра двигателя.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в повышении теплопроводности материала поршня цилиндро-поршневой группы двигателя внутреннего сгорания.

Заявленный технический результат достигается тем, что поршень цилиндра двигателя внутреннего сгорания выполнен с рельефом в виде ромбической сетки, нанесенной на рабочую поверхность и с нанесенным на последнюю покрытием. Согласно предлагаемому техническому решению покрытие выполнено в виде наноструктурированного металлокерамоматричного материала, представляющего собой смесь фракций порошка карбида кремния (SiC) с размерами фракций:

нанодиапазона от	0,05 до 0,1 мкм
субмикронного уровня	от 0,5 до 1,0 мкм
микронного уровня от	5,0 до 30,0 мкм,

на каждую фракцию наносят раздельно плакирующий слой, включающий никель и дисульфид молибдена (Ni+MoS₂) при соотношении мас. %:

никеля	80-90%
дисульфида молибдена	10-20%

а содержание фракций в смеси принимается в соотношении мас. %:

нанодиапазона	45-60%
субмикронного уровня	10-20%
микронного уровня	20-30%

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи с достижением технического результата, так как раздельное нанесение на каждую фракцию плакирующего слоя, включающего никель и дисульфид молибдена при соотношении мас. %:

никеля	80-90%
дисульфида молибдена	10-20%

и выполнение покрытия в виде наноструктурированного металлокерамоматричного материала, представляющего собой смесь фракций порошка карбида кремния (SiC) с размерами фракций:

нанодиапазона	от 0,05 до 0,1 мкм
субмикронного уровня	от 0,5 до 1,0 мкм
микронного уровня	от 5,0 до 30,0 мкм

при содержании фракций в смеси в соотношении мас. %:

повышает теплопроводность материала поршня.

Настоящая полезная модель поясняется следующим описанием. Для изготовления поршня цилиндра двигателя внутреннего сгорания с наноструктурированным материалом в качестве покрытия, исходный материал (карбид кремния) измельчают до наноструктурных, субмикронных и микронных размеров известным, например вихревым виброакустическим, методом. Полученный порошок для создания наноструктуры рассеивают по фракциям с размерами:

нанодиапазона от 0,05 до 0,1 мкм

субмикронного уровня от 0,5 до 1,0 мкм

микронного уровня от 5,0 до 30,0 мкм

Затем каждую фракцию отдельно покрывают плакирующим слоем известным, например электрохимическим, методом. Последний включает никель и дисульфид молибдена при соотношении мас.%:

никеля	80-90%
дисульфида молибдена	10-20%

Материал для нанесения покрытия представляет собой смесь фракций в мас. %:

нанодиапазона	8-10%
субмикронного уровня	50-60%
микронного уровня	30-42%

Таким образом, покрытие является металлокерамоматричным, поскольку включает керамическую матрицу на основе карбида кремния и структурные составляющие - никель и молибден.

На рабочей поверхности гильзы предварительно выполняют рельеф в виде ромбической сетки, на которую известными методами (холодного газодинамического напыления, газодетонационного напыления, ионно-инплантантного магнетронного напыления) наносят полученный в виде смеси фракций порошок материала. Толщина слоя полученного напыления может варьироваться в зависимости от назначения от 0,1 до 100 мкм., при этом покрытие не требует дополнительной физико-химической обработки.

Зависимость свойств материала наноструктурированного металлокерамоматричного покрытия от процентного содержания ингредиенов и величины дифференциального плакирующего слоя представлена в таблице. Экспериментальные данные показывают:

- зафиксирована стабильность свойств в диапазоне рабочих температур от -50°С до +1400°С, а именно, высокая (до 1500 МПа) прочность и модуль упругости (до 600 Мпа); имеет место снижение коэффициента трения до 0,02…0,025

- повышение коэффициента теплопроводности поршня с покрытием до 250 Вт/м°К по сравнению с поршнем без покрытия (200…230 Вт/м°К).

Таким образом, нанесение на рабочую поверхность поршня цилиндра двигателя внутреннего сгорания покрытия в виде наноструктурированного металлокерамоматричного материала, представляющего собой смесь фракций порошка карбида кремния с заданными размерами фракций, с раздельным нанесением на каждую из фракций плакирующего слоя, включающего никель и дисульфид молибдена в определенном соотношении мас. %, при содержании фракций в смеси в определенном соотношении мас. %, позволяет повысить теплопроводность и прочность поршня, его стойкость к изнашиванию и ударным нагрузкам, увеличить долговечность.

Claims

Поршень цилиндра двигателя внутреннего сгорания, выполненный с рельефом в виде ромбической сетки, нанесенной на рабочую поверхность и с нанесенным на последнюю покрытием, отличающийся тем, что покрытие выполнено в виде наноструктурированного металлокерамоматричного материала, представляющего собой смесь фракций порошка карбида кремния (SiC) с размерами фракций:

нанодиапазона от 0,05 до 0,1 мкм субмикронного уровня от 0,5 до 1,0 мкм микронного уровня от 5,0 до 30,0 мкм,

на каждую фракцию наносят раздельно плакирующий слой, включающий никель и дисульфид молибдена (Ni+MoS₂) при соотношении, мас.%:

никеля 80-90 дисульфида молибдена 10-20,

а содержание фракций в смеси принимают в соотношении, мас.%:

нанодиапазона 45-60 субмикронного уровня 10-20 микронного уровня 20-30