RU2616146C1 - Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616146C1 RU2616146C1 RU2016100895A RU2016100895A RU2616146C1 RU 2616146 C1 RU2616146 C1 RU 2616146C1 RU 2016100895 A RU2016100895 A RU 2016100895A RU 2016100895 A RU2016100895 A RU 2016100895A RU 2616146 C1 RU2616146 C1 RU 2616146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- piston
- cathode
- anode
- piston bottom
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для создания теплозащитных покрытий на поршнях из алюминиевых сплавов. Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания включает нанесение теплоизолирующего покрытия на днище поршня путем анодно-катодно-микродугового оксидирования, при этом покрытие содержит твердые включения фазы α-Al2O3, диспергированные в матрице из фазы γ-Al2O3 и соединениях муллита 3⋅Al2O3⋅SiO2. Покрытие наносят в электролите, состоящем из раствора гидрата окиси калия, раствора стекла натриевого жидкого и дистиллированной воды, причем анодом является поршень, а катодом - пластина, закрепленная на расстоянии 90-100 мм от днища поршня, которое располагают параллельно катоду, при этом процесс осуществляют в течение 90-120 мин при температуре электролита 298°-318°K, напряжении на аноде 295-315 B, поверхностной плотности тока 16-17 А/дм2, при соотношении катодного и анодного токов - 1:1, причем покрытие наносят на днище поршня до достижения толщины покрытия 100-160 мкм, исключая область кромки шириной 2-3 мм по периметру днища, после чего с поверхности покрытия механическим путем удаляют соединения муллита до достижения толщины покрытия 50÷110 мкм. Способ позволяет получить теплозащитное покрытие на днище поршня, способное при термоциклических нагрузках защищать поршень от разрушения, со снижением трудоемкости и энергоемкости способа.
Description
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для создания теплозащитных покрытий на поршнях из алюминиевых сплавов.
Известен способ тепловой защиты днища поршня, включающий нанесение газоплазменных покрытий, а также покрытий в виде эмалей, керметов и других жаростойких материалов, предназначенных для снижения тепловой напряженности деталей цилиндропоршневой группы (патент US 3552370, МПК С23С 4/08, опубл. 05.01.1971).
Известен способ обработки поршней двигателей внутреннего сгорания из алюминия, титана и их сплавов, включающий оксидирование в растворе электролита. Донную часть поршня помещают в раствор электролита на основе ортофосфорной кислоты и проводят оксидирование, при этом одновременно перемещают поршень относительно свободной поверхности электролита по мере формирования покрытия на донной части поршня и сжатым воздухом охлаждают ее противоположную сторону (патент RU 2439211, МПК C25D 11/08, опубл. 10.01.2012 г).
Недостатком известных способов является технологическая сложность получения покрытия, а также сложность химического состава и недостаточная адгезионная прочность получаемого покрытия.
Наиболее близким к заявляемому является способ нанесения покрытия на поверхности деталей, составляющих камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания с уменьшенным теплоотводом (патент RU 2168039, МПК F02B 77/11, опубл. 27.05.2001). На детали наносят первый слой покрытия путем анодно-катодно-микродугового оксидирования, а затем на него наносят второй слой в виде пленки методом ионного осаждения. При этом первый слой покрытия выполнен из многофазного кристаллического пористого материала, а второй слой покрытия, обращенный к камере сгорания, выполнен в виде сплошной пленки из тугоплавкого материала. Первый слой покрытия, имеющий толщину 0,1-0,3 мм, содержит твердые включения фазы α-Al2O3, диспергированные в матрице из фазы γ-Al2O3 и соединениях муллита 3⋅Al2O3⋅SiO2, а второй слой покрытия выполнен толщиной 2-20 мкм из материала со степенью черноты не менее 0,8 в интервале рабочих температур. Покрываемую деталь погружают в электролитическую ванну, наполненную электролитом, состоящим из основания - 1-10% раствора гидрата окиси калия по ГОСТ 9285-78 и химического реактива - 1-10% раствора стекла натриевого жидкого Na2SiO3 по ГОСТ 13078-81. Процесс, в котором деталь является анодом, а ванна, куда она погружена - катодом, ведут при температуре электролита 303-333°K, при пульсирующем электрическом токе частотой 50 Гц, напряжением 400-600 B, поверхностной плотности тока 5-30 А/дм2. Соотношение катодного и анодного токов находится в пределах 1,0-1,3. Продолжительность процесса зависит от толщины наносимого покрытия и составляет 60-200 мин.
Недостатком прототипа является технологическая сложность получения защитного покрытия, выраженная в необходимости послойного нанесения покрытия разными методами, что повышает трудоемкость процесса обработки. Кроме того, для получения покрытия заданной толщины необходимо добиваться высоких значений напряжения, вплоть до 600 B, что увеличивает энергопотребление.
Задачей изобретения является получение теплозащитного покрытия на днище поршня, способного при термоциклических нагрузках защищать поршень от разрушения, а также снижение трудоемкости и энергоемкости способа.
Технический результат - улучшение тепловой защиты поршня за счет снижения температуры внутренней поверхности центральной части днища поршня на величину до 100°C и снижения температуры внутренней поверхности днища поршня в области кромки на величину не менее 45°C в процессе работы двигателя внутреннего сгорания.
Задача решается, а технический результат достигается способом тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания, включающим нанесение теплоизолирующего покрытия на днище поршня путем анодно-катодно-микродугового оксидирования, при этом покрытие содержит твердые включения фазы α-Al2O3, диспергированные в матрице из фазы γ-Al2O3 и соединениях муллита 3⋅Al2O3⋅SiO2. В отличие от прототипа покрытие наносят в электролите, состоящем из раствора гидрата окиси калия, раствора стекла натриевого жидкого и дистиллированной воды, причем анодом является поршень, а катодом - пластина, закрепленная на расстоянии 90-100 мм от днища поршня, которое располагают параллельно катоду, при этом процесс осуществляют в течение 90-120 мин при температуре электролита 298°-318°K, напряжении на аноде 295-315 B, поверхностной плотности тока 16-17 A/дм2, при соотношении катодного и анодного токов - 1:1, причем покрытие наносят на днище поршня до достижения толщины покрытия 100-160 мкм, исключая область кромки шириной 2-3 мм по периметру днища, после чего с поверхности покрытия механическим путем удаляют соединения муллита до достижения толщины покрытия 50÷110 мкм.
Технический результат достигается благодаря следующему.
При заявленных режимах и условиях обработки и в зависимости от времени обработки на днище поршня за исключением кромки формируется покрытие с равномерной толщиной 50÷410 мкм. Данное покрытие в процессе работы двигателя внутреннего сгорания улучшает тепловую защиту поршня, а именно: позволяет выровнять температуру на днище поршня, снизить температуру внутренней поверхности центральной части поршня на величину до 100°C, а температуру внутренней поверхности днища поршня в области кромки на величину не менее 45°C. Это позволит противостоять разрушению поршня при термоциклических нагрузках.
Осуществление изобретения раскрыто в примере конкретного выполнения.
Пример конкретного выполнения способа.
Заявленным способом было получено теплозащитное покрытие на днище поршня, изготовленного из алюминиевого сплава АК12Д. Покрытие наносили в электролите, состоящем из раствора гидрата окиси калия, раствора стекла натриевого жидкого и дистиллированной воды. Поршень погружали в электролит в приспособлении, закрывающем область кромки. Днище поршня располагали параллельно катоду на расстоянии 100 мкм, при этом нанесение покрытия осуществляли в течение 90 мин при температуре электролита 320°K, напряжении на аноде 295-315 B, поверхностной плотности тока 16-17 A/дм2, при соотношении катодного и анодного токов - 1:1, причем покрытие наносили на днище поршня, исключая область кромки на расстоянии 3 мм по его периметру.
Слой полученного покрытия имел толщину 150 мкм и содержал включения фазы α-Al2O3, γ-Al2O3 и соединения муллита 3⋅Al2O3⋅SiO2. Далее с поверхности покрытия механическим путем удаляли соединения муллита до толщины 100 мкм.
Экспериментальные исследования показали, что данная толщина слоя является оптимальной с точки зрения обеспечения наилучших теплозащитных свойств поверхности днища поршня двигателя внутреннего сгорания. Полученное покрытие позволяет снизить температуру внутренней поверхности центральной части днища поршня на величину до 100°C, а температура внутренней поверхности днища поршня в области кромки снижается на величину не менее 45°C.
Покрытие позволяет противостоять разрушению поршня при термоциклических нагрузках, что ведет к повышению срока службы поршня и увеличению надежности двигателя в целом.
Таким образом, способ позволяет получить теплозащитное покрытие на днище поршня, способное при термоциклических нагрузках защищать поршень от разрушения, со снижением трудоемкости и энергоемкости способа.
Claims (1)
- Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания, включающий нанесение теплоизолирующего покрытия на днище поршня путем анодно-катодно-микродугового оксидирования, при этом покрытие содержит твердые включения фазы α-Al2O3, диспергированные в матрице из фазы γ-Al2O3 и соединениях муллита 3⋅Al2O3⋅SiO2, отличающийся тем, что покрытие наносят в электролите, состоящем из раствора гидрата окиси калия, раствора стекла натриевого жидкого и дистиллированной воды, причем анодом является поршень, а катодом - пластина, закрепленная на расстоянии 90-100 мм от днища поршня, которое располагают параллельно катоду, при этом процесс осуществляют в течение 90-120 мин при температуре электролита 298°-318°K, напряжении на аноде 295-315 В, поверхностной плотности тока 16-17 А/дм2, при соотношении катодного и анодного токов - 1:1, причем покрытие наносят на днище поршня до достижения толщины покрытия 100-160 мкм, исключая область кромки шириной 2-3 мм по периметру днища, после чего с поверхности покрытия механическим путем удаляют соединения муллита до достижения толщины покрытия 50÷110 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100895A RU2616146C1 (ru) | 2016-01-12 | 2016-01-12 | Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100895A RU2616146C1 (ru) | 2016-01-12 | 2016-01-12 | Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2616146C1 true RU2616146C1 (ru) | 2017-04-12 |
Family
ID=58642871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016100895A RU2616146C1 (ru) | 2016-01-12 | 2016-01-12 | Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2616146C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694441C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ получения толстослойных теплозащитных покрытий методом микродугового оксидирования на высококремнистом алюминиевом сплаве |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2056515C1 (ru) * | 1992-12-11 | 1996-03-20 | Юлий Александрович Бакиров | Двигатель внутреннего сгорания |
RU2168039C2 (ru) * | 1996-07-05 | 2001-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ" | Двигатель внутреннего сгорания с уменьшенным теплоотводом и способ его изготовления |
EP1657326A1 (en) * | 2004-11-16 | 2006-05-17 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Aluminium- or magnesium-piston containing 12-25% Silicon, the surface of which is oxidised by microarc-oxidation |
US20090159450A1 (en) * | 1998-03-23 | 2009-06-25 | Pioneer Metal Finishing | Method And Apparatus For Anodizing Objects |
RU2453640C2 (ru) * | 2010-04-15 | 2012-06-20 | Юрий Рэмович Залыгин | Тонкослойное керамическое покрытие, способ его получения, поверхность трения на основе тонкослойного керамического покрытия и способ ее получения |
-
2016
- 2016-01-12 RU RU2016100895A patent/RU2616146C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2056515C1 (ru) * | 1992-12-11 | 1996-03-20 | Юлий Александрович Бакиров | Двигатель внутреннего сгорания |
RU2168039C2 (ru) * | 1996-07-05 | 2001-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ" | Двигатель внутреннего сгорания с уменьшенным теплоотводом и способ его изготовления |
US20090159450A1 (en) * | 1998-03-23 | 2009-06-25 | Pioneer Metal Finishing | Method And Apparatus For Anodizing Objects |
EP1657326A1 (en) * | 2004-11-16 | 2006-05-17 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Aluminium- or magnesium-piston containing 12-25% Silicon, the surface of which is oxidised by microarc-oxidation |
RU2453640C2 (ru) * | 2010-04-15 | 2012-06-20 | Юрий Рэмович Залыгин | Тонкослойное керамическое покрытие, способ его получения, поверхность трения на основе тонкослойного керамического покрытия и способ ее получения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694441C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ получения толстослойных теплозащитных покрытий методом микродугового оксидирования на высококремнистом алюминиевом сплаве |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Famiyeh et al. | Plasma electrolytic oxidation coatings on aluminum alloys: microstructures, properties, and applications | |
Hussein et al. | Production of anti-corrosion coatings on light alloys (Al, Mg, Ti) by plasma-electrolytic oxidation (PEO) | |
JP6418498B2 (ja) | 陽極酸化処理方法及び内燃機関の構造 | |
Mohedano et al. | PEO of pre-anodized Al–Si alloys: Corrosion properties and influence of sealings | |
Martin et al. | The influence of metallurgical state of substrate on the efficiency of plasma electrolytic oxidation (PEO) process on magnesium alloy | |
Markov et al. | Formation of wear-and corrosion-resistant coatings by the microarc oxidation of aluminum | |
JP5152574B2 (ja) | アルミニウム部材の陽極酸化処理方法 | |
RU2616146C1 (ru) | Способ тепловой защиты поршня двигателя внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов | |
Student et al. | Influence of the porosity of a plasma-electrolytic coating on the corrosion resistance of D16 alloy | |
Alves et al. | Enhanced tribological performance of cylinder liners made of cast aluminum alloy with high silicon content through plasma electrolytic oxidation | |
JP6814406B2 (ja) | アルミニウム部材の表面構造及びその製造方法 | |
CN111979569A (zh) | 隔热涂层、被涂部件以及制造被涂部件的方法 | |
JP2018527516A (ja) | シリンダヘッドのダクトのコーティングを形成するための改善された方法およびこれにより得られるシリンダヘッド | |
Rakoch et al. | Microarc oxidation of light constructional alloys: Part 1. Main notions on the microarc oxidation of light constructional alloys | |
Wang et al. | Characterization of micro-arc oxidation coatings on 6N01 aluminum alloy under different electrolyte temperature control modes | |
JP6337639B2 (ja) | アルミニウム合金材のハイブリッド遮熱コーティング方法及びその構造並びにピストン | |
RU90440U1 (ru) | Композиционное алюминий-оксидное покрытие для защиты стали от коррозии и износа | |
RU2528285C1 (ru) | Способ антикоррозионной обработки сплавов алюминия | |
RU2694441C1 (ru) | Способ получения толстослойных теплозащитных покрытий методом микродугового оксидирования на высококремнистом алюминиевом сплаве | |
JP5904425B2 (ja) | 陽極酸化皮膜及びその処理方法並びに内燃機関用ピストン | |
Zhao et al. | Surface modification of die casting mold steel by a composite technique of hot-dipping and plasma electrolytic oxidation | |
RU2263164C1 (ru) | Способ нанесения защитных покрытий на алюминий и его сплавы | |
RU2541246C1 (ru) | Способ получения толстослойных износостойких покрытий методом микродугового оксидирования | |
CN107345309B (zh) | 一种高硅铝合金等离子体电解氧化陶瓷涂层制备方法 | |
JPH04198497A (ja) | アルミニウム又はその合金の表面処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |