WO2016056942A1 - Сфера головки цилиндра двс с керамическим покрытием - Google Patents
Сфера головки цилиндра двс с керамическим покрытием Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016056942A1 WO2016056942A1 PCT/RU2014/000801 RU2014000801W WO2016056942A1 WO 2016056942 A1 WO2016056942 A1 WO 2016056942A1 RU 2014000801 W RU2014000801 W RU 2014000801W WO 2016056942 A1 WO2016056942 A1 WO 2016056942A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- layer
- coating
- cylinder head
- internal combustion
- combustion engine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
-
- 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
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
Definitions
- the technical solution relates to engine building, and in particular to an internal combustion chamber of an engine with a catalytically active thermal barrier ceramic coating.
- a known method of obtaining creating a thermal barrier coating (STBP) RU 2325467 C23C4 / 10 publ. May 27, 2008, can be used in the manufacture of turbine blades or the surface of the combustion chamber of a gas turbine engine.
- the method includes the thermal deposition of ceramic STBP containing at least two layers of powder particles on a substrate or on an intermediate binder coating located between the substrate and STBP by thermal spraying of STBP powder.
- the powder particles forming a layer adjacent to the substrate or the binder coating have a microstructure different from the microstructure of the powder particles used for the subsequent deposition of the second layer on the substrate already coated with the first layer or on the intermediate binder coating already coated with the first layer.
- the first inner layer has a microstructure different from its second outer layer.
- Known patent RU N ° 228389 C23C16 / 00 publ. 05/10/2004 a method of providing thermal protection and a metal product with a ceramic coating.
- the metal product has a ceramic coating providing a thermal barrier containing gadolinium and zirconium oxides.
- the material may have a structure such as fluorite or pyrochlore.
- the method includes the operation of applying a ceramic primer before the operation of applying a ceramic coating.
- a primer consisting of zirconia stabilized with yttrium oxide is located between the metal matrix and the ceramic coating.
- the ceramic coating is applied by a method selected from the group consisting of thermal spraying, sputtering and vacuum deposition.
- the closest analogue is a method of obtaining a protective coating on parts, patent RU N Q 2305034, C23C14 / 28 publ. August 27, 2007. At least one metal layer is applied to the surface of the part. Then carry out alitization or chromoalithium. After that, a ceramic layer is applied.
- the ceramic layer is strengthened by applying at least three zirconium oxide ceramic layers containing 6–9% yttrium oxide and 3–30% aluminum oxide. This technical solution can be used to protect, for example, blades and combustion chambers of gas turbine engines, pistons for internal combustion engines from high temperatures.
- a thermal barrier ceramic coating is formed on a part by microarc (plasma electrolytic) oxidation, this method is characterized by higher adhesion resistance, resistance to thermal shock and thermal cycling.
- cerium oxide is added to the coating composition, which is an effective catalyst
- the oxide layers obtained by the microarc oxidation method are characterized by high adhesion, resistance to thermal shock, and thermal cycling.
- Cerium oxide as well as its binary and ternary oxides (including with aluminum) are effective catalysts for the conversion of hydrocarbons and carbon monoxide (CO) at fairly low temperatures (about 500 ° C, which corresponds to the conditions of the chamber of an internal combustion engine), accelerating the process and completeness of fuel combustion.
- CO carbon monoxide
- the task of the author is to increase the reliability and efficiency of the combustion chamber of the internal combustion engine, increase the coefficient efficiency (ICE) of internal combustion engines, reducing emissions of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and hydrocarbons in the environment.
- ICE coefficient efficiency
- the problem is solved due to the formation on the sphere of the cylinder head of the combustion chamber of the internal combustion engine, a catalytically active ceramic thermal barrier coating based on aluminum oxide and cerium oxide, by the method of microarc (plasma electrolytic) oxidation.
- the essence of the technical solution is the possibility of increasing the completeness of combustion of fuel, which leads to a decrease in the level of emissions of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and hydrocarbons into the environment and, as a result, an increase in the ICE efficiency due to the formation of a catalytically active ceramic thermal barrier coating, based on aluminum oxide and cerium oxide, by the method of microarc (plasma electrolytic) oxidation.
- CO carbon monoxide
- CO2 carbon dioxide
- hydrocarbons hydrocarbons
- Figure 1 shows the sphere of the cylinder head of the combustion chamber of the internal combustion engine 1, with a catalytically active thermal barrier ceramic coating.
- a two-layer catalytically active thermal barrier ceramic coating is formed, with a thickness of 15-150 microns.
- the first (inner) coating layer 5-100 microns thick, consists mainly of aluminum (at least 90 mol.%) And is in direct contact with the metal from which the cylinder head sphere of the ICE combustion chamber is made.
- the first layer has high hardness and wear resistance.
- the second (outer) porous layer 10-100 microns thick, consists of aluminum oxide, silicon oxide and cerium oxide in a mole fraction of 1 to 50%.
- the second layer has high adhesive strength, resistance to thermal shock and thermal cycling, and also has a thermal barrier and catalytic effect. Additionally, the coating may contain oxides of copper and magnesium.
- the claimed technical can find its application in any engine (engines of sports cars, aircraft engines, etc.).
- the technical effect of using the cylinder head sphere of an internal combustion engine of a combustion engine with a catalytically active thermal barrier ceramic coating is: - increase the temperature in the combustion chamber;
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)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Техническое решение относится к двигателестроению, а в частности к камере внутреннего сгорания двигателя, с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием. На сфере головки цилиндра камеры сгорания ДВС, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, формируется двуслойное каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие, толщиной 15-150 мкм. Первый (внутренний) слой покрытия, толщиной 5-100 мкм, состоит в основном из алюминия (не менее 90 мол. %) и контактирует непосредственно с металлом из которого изготовлена сфера головки цилиндра камеры сгорания ДВС. Первый слой имеет высокую твердость и износостойкость. Второй (внешний) пористый слой, толщиной 10-100 мкм, состоит из оксида алюминия, оксида кремния и оксида церия в мольной доле от 1 до 50%. Второй слой имеет высокую адгезионную прочность, стойкость к термоударам и термоциклированию, также обладает термобарьерным и каталитическим эффектом. Дополнительно покрытие может содержать оксиды меди и магния.
Description
СФЕРА ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРА ДВС С КЕРАМИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ
Техническое решение относится к двигателестроению, а в частности к камере внутреннего сгорания двигателя, с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием.
Известен способ получения создающего термический барьер покрытия (СТБП) RU 2325467 С23С4/10 опубл. 27.05.2008 г., может быть использован при изготовлении турбинных лопаток или поверхности камеры сгорания газотурбинного двигателя. Способ включает термическое нанесение керамического СТБП, содержащего по меньшей мере два слоя частиц порошка, на подложку или на промежуточное связующее покрытие, расположенное между подложкой и СТБП, путем термического напыления порошка СТБП. Частицы порошка, образующие прилегающий к подложке или связующему покрытию слой, имеют микроструктуру, отличную от микроструктуры частиц порошка, используемых для последующего нанесения второго слоя на уже покрытую первым слоем подложку или на уже покрытое первым слоем промежуточное связующее покрытие. Для нанесения первого слоя СТБП используют частицы порошка с меньшей пористостью, чем у частиц порошка, которые используют для последующего нанесения второго слоя на уже покрытую первым слоем подложку. У полученного СТБП первый внутренний слой имеет отличную от его второго наружного слоя микроструктуру.
Известен патент RU N° 228389 С23С16/00 опубл. 10.05.2004 г., способ обеспечения тепловой защиты и металлическое изделие с керамическим покрытием. Металлическое изделие имеет обеспечивающее тепловой барьер керамическое покрытие, содержащее оксиды гадолиния и циркония. Материал может иметь структуру типа флюорита или пирохлора. Способ включает операцию нанесения керамической грунтовки перед операцией нанесения керамического покрытия. Грунтовка, состоящая из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, находится между металлической матрицей и керамическим покрытием. Керамическое покрытие наносят методом, выбранным из группы, состоящей из термического распыления, напыления и вакуумного осаждения.
Ближайшим аналогом является способ получения защитного покрытия на деталях, патент RU NQ 2305034, С23С14/28 опубл. 27.08.2007 г.. На поверхность детали наносят, по меньшей мере, один металлический слой. Затем проводят алитирование или хромоалитирование. После этого наносят керамический слой
5 на основе оксида циркония, содержащего оксид иттрия. Упрочнение керамического слоя осуществляют путем нанесения на него, по меньшей мере, трех керамических слоев на основе оксида циркония, содержащих 6-9% оксида иттрия и 3-30% оксида алюминия. Данное техническое решение может найти применение для защиты, например, лопаток и камер сгорания газотурбинных ю двигателей, поршней для двигателей внутреннего сгорания от высоких температур.
Общим недостатком для всех является то, что керамическое покрытие нанесено на детали, способами термического распыления, напыления, вакуумного осаждения. В заявляемом техническом решении, каталитически-активное
15 термобарьерное керамическое покрытие формируется на детали, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, данный метод характеризуется более высокой адгезионной стойкостью, стойкостью к термоударам и термоциклированию. Кроме того, в отличие от аналогов, в состав покрытия добавлен оксид церия, являющийся эффективным катализатором
20 ускоряющим процесс и полноту сгорания топлива, что необходимо при работе двигателя.
Оксидные слои, получаемые методом микродугового оксидирования, характеризуются высокой адгезией, стойкостью к термоударам и термоциклированию.
25 Оксид церия, а также его бинарные и тройные оксиды (в том числе с алюминием) являются эффективными катализаторами конверсии углеводородов и угарного газа (СО) при достаточно низких температурах (порядка 500°С, что соответствует условиям камеры двигателя внутреннего сгорания), ускоряющими процесс и полноту горения топлива.
зо Задачей стоящей перед автором является повышение надежности и эффективности в работе камеры сгорания ДВС, увеличение коэффициента
полезного действия (КПД) ДВС, снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду.
Поставленная задача решается благодаря формированию на сфере головки цилиндра камеры сгорания ДВС, каталитически-активного керамического термобарьерного покрытия, на основе оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования.
Сущностью технического решения является возможность увеличения полноты сгорания топлива, что приводит к снижению уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду и как следствие увеличение КПД ДВС, благодаря формированию на сфере головки цилиндра камеры сгорания ДВС каталитически-активного керамического термобарьерного покрытия, на основе оксида алюминия и оксида церия, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования.
На фиг.1 изображена сфера головки цилиндра камеры сгорания ДВС 1 , с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием.
На поверхности сферы головки цилиндра камеры сгорания ДВС 1 , методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, формируется двуслойное каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие, толщиной 15-150 мкм. Первый (внутренний) слой покрытия, толщиной 5-100 мкм, состоит в основном из алюминия (не менее 90 мол. %) и контактирует непосредственно с металлом, из которого изготовлена сфера головки цилиндра камеры сгорания ДВС. Первый слой имеет высокую твердость и износостойкость. Второй (внешний) пористый слой, толщиной 10-100 мкм, состоит из оксида алюминия, оксида кремния и оксида церия в мольной доле от 1 до 50 %. Второй слой имеет высокую адгезионную прочность, стойкость к термоударам и термоциклированию, также обладает термобарьерным и каталитическим эффектом. Дополнительно покрытие может содержать оксиды меди и магния.
Заявляемое техническое может найти свое применение в любых ДВС (двигатели спортивных автомобилей, авиационные двигатели и тд.).
Техническим эффектом от использования сфера головки цилиндра камеры сгорания ДВС с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием, является:
- повышения температуры в камере сгорания;
- увеличение полноты сгорания топлива;
- снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду;
- уменьшение тепловой нагрузки на систему охлаждения и другие детали двигателя;
- увеличение КПД ДВС.
Таким образом задача стоящая перед авторами по повышению надежности и эффективности в работе камеры сгорания ДВС, увеличение коэффициента полезного действия (КПД) ДВС, снижение уровня выбросов угарного газа (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов в окружающую среду, выполнена.
Claims
ФОРМУЛА
Сфера головки цилиндра камеры сгорания ДВС с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием, содержащим в своем составе оксид алюминия, отличающаяся тем, что покрытие сформировано методом микродугового оксидирования, в состав которого дополнительно входит оксид церия.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014140979 | 2014-10-11 | ||
| RU2014140979 | 2014-10-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016056942A1 true WO2016056942A1 (ru) | 2016-04-14 |
Family
ID=55653435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000801 WO2016056942A1 (ru) | 2014-10-11 | 2014-10-23 | Сфера головки цилиндра двс с керамическим покрытием |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2016056942A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10519896B2 (en) | 2015-02-11 | 2019-12-31 | Ford Global Technologies, Llc | Semi-compliant coating for thermal expansion absorption |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2119108C1 (ru) * | 1996-06-11 | 1998-09-20 | Игорь Витальевич Севрук | Уплотнительный элемент поршня |
| US6365028B1 (en) * | 1997-12-17 | 2002-04-02 | Isle Coat Limited | Method for producing hard protection coatings on articles made of aluminum alloys |
| RU2390587C2 (ru) * | 2008-06-16 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава |
| RU2515727C2 (ru) * | 2010-09-09 | 2014-05-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка Россельхозакадемии (ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии) | Способ получения наноструктурных каталитических покрытий на керамических носителях для нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания |
-
2014
- 2014-10-23 WO PCT/RU2014/000801 patent/WO2016056942A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2119108C1 (ru) * | 1996-06-11 | 1998-09-20 | Игорь Витальевич Севрук | Уплотнительный элемент поршня |
| US6365028B1 (en) * | 1997-12-17 | 2002-04-02 | Isle Coat Limited | Method for producing hard protection coatings on articles made of aluminum alloys |
| RU2390587C2 (ru) * | 2008-06-16 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава |
| RU2515727C2 (ru) * | 2010-09-09 | 2014-05-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка Россельхозакадемии (ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии) | Способ получения наноструктурных каталитических покрытий на керамических носителях для нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10519896B2 (en) | 2015-02-11 | 2019-12-31 | Ford Global Technologies, Llc | Semi-compliant coating for thermal expansion absorption |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10995661B2 (en) | Thermally insulated engine components using a ceramic coating | |
| US7887929B2 (en) | Oriented fiber ceramic matrix composite abradable thermal barrier coating | |
| US8475945B2 (en) | Composite article including silicon oxycarbide layer | |
| US9023486B2 (en) | Thermal barrier coating systems and processes therefor | |
| US20150267058A1 (en) | Long life low cost environmental barrier coating for ceramic matrix composites | |
| JP6387005B2 (ja) | 遮熱コーティング系ならびにその製造方法および使用方法 | |
| JP2007262447A (ja) | 耐酸化膜及びその形成方法、遮熱コーティング、耐熱部材、及びガスタービン | |
| CA2785264A1 (en) | Methods for coating articles exposed to hot and harsh environments | |
| JP6386740B2 (ja) | セラミック粉末及びそのための方法 | |
| EP3638885B1 (fr) | Pièce de turbomachine revêtue et procédé de fabrication associé | |
| WO2022206793A1 (zh) | 复合涂层、活塞、发动机和车辆 | |
| CN105463453A (zh) | 一种界面稳定的热障涂层及其制备方法 | |
| CA3066848A1 (fr) | Piece de turbomachine revetue et procede de fabrication associe | |
| US10227262B2 (en) | Thermal barrier coating for CMAS resistance and low thermal conductivity | |
| US8153274B2 (en) | Thermal barrier layer | |
| CN105420658A (zh) | 一种涡轮叶片用复合涂层及其制备方法 | |
| WO2016056942A1 (ru) | Сфера головки цилиндра двс с керамическим покрытием | |
| WO2016056943A1 (ru) | Каталитически-активное покрытие на поверхности камеры двигателя внутреннего сгорания | |
| CN106715880B (zh) | 活塞、具有活塞的活塞机和具有活塞机的汽车 | |
| Nandi et al. | Advanced multi-layered thermal barrier coatings-An overview | |
| EP2339051B1 (en) | Article having thermal barrier coating | |
| RU2568205C2 (ru) | Термоэрозионностойкое покрытие для углерод-углеродистых композиционных материалов | |
| RU155143U1 (ru) | Поршень двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием. | |
| Kumar et al. | Effects of Thermal Barrier Coatings on Diesel and Gas turbine engines: A review | |
| RU165036U1 (ru) | Поршень двигателя внутреннего сгорания с каталитически-активным термобарьерным керамическим покрытием на поверхности днища, юбки поршня и канавок поршневых колец |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14903565 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14903565 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |