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天納克動力總成激光工藝造就低摩擦活塞環,延長發動機大修間隔時間
來源: 2019年12月3日15:29

  創新的涂層工藝助力大缸徑二沖程和四沖程發動機應對不斷增加的負載和溫度挑戰


  2019年12月3日,上! 天納克 (紐交所股票代碼: TEN) 動力總成事業部正在研發的激光工藝能夠為未來的大缸徑發動機 (LBE) 活塞環提供前所未有的耐磨性。這項技術為電鍍涂層提供了環保、長期的替代方案,同時也是天納克動力總成在持續研究全新表面處理技術時誕生的最新成果,用以應對海洋和工業領域未來發動機和燃油發展的挑戰。天納克動力總成的DAROS®、Rotocap®、 GOETZE® 大缸徑活塞環和工業密封環等在海事領域的創新產品與技術成果悉數亮相中國國際海事展會N3 廳C3Z展位,為海事業領域的轉型保駕護航。



  圖:天納克動力總成正在開發激光工藝,為未來的大缸徑發動機活塞環提供前所未有的耐磨性。作為領先的 LBE 活塞環供應商之一,天納克動力總成不斷改進這些部件的功能表面。


  減少運營成本以及節能減排的市場趨勢正催生未來二沖程和四沖程發動機的設計變革,這也導致活塞環面臨更高的機械負荷和熱負荷。與此同時,在減少摩擦、降低油耗,延長大修間隔等需求的驅動下,預計活塞環壽命為 24,000 小時或者更長時間。


  2020 年起,“限硫令” 將在全球范圍內實行,燃氣和雙燃料發動機市場份額也將加大,這為活塞環和缸套帶來更多的摩擦學挑戰。因此,高尺寸穩定性的混合材料以及低摩擦系數、高耐磨性和低活塞環及氣缸磨損率的涂層對于應對上述挑戰而言至關重要。


  “天納克動力總成著眼于全球海洋市場的新興趨勢,致力于先進技術的研發!碧旒{克動力總成大缸徑發動機活塞環部門總監兼總經理 Peter Arndt 表示,“激光表面強化的新工藝帶來了更多的可能性,它可以廣泛應用于包括灰鑄鐵和球墨鑄鐵等各類基礎材料!


  天納克動力總成正在研發多種激光工藝,包括激光結構化、激光再熔化、激光合金化和激光沉積焊接。激光沉積焊接已經廣泛用作涂層工藝來代替硬鉻層,使用鎳基和鈷基合金來代替分散的硬材料。然而,未來為滿足活塞環表面的需求仍需要新的涂層材料,即與硬質相和碳化物形成元素合金化的鐵基和鎳基材料。


  激光再熔化可以顯著改變灰鑄鐵材料的表面性質,從而極大提高其耐磨性。高能量激光熔化鐵,而鐵通過激光焦點的移動自發淬火,產生白色固化的萊氏體材料結構中包含硬度約為 800 HV的 Fe3C。Fe3C 硬質相的尺寸和分布可以通過激光能量注入而靈活調節,激光再熔化和激光沉積焊接在基材和功能涂層材料之間可以產生冶金結合。


  基于豐富經驗的積累


  天納克動力總成此前已為大缸徑發動機活塞環開發了諸多成功的創新表面處理技術,而激光工藝將成為最新的創新表面處理工藝。


  電鍍硬鉻涂層,如鉻陶瓷涂層(CKS ®),含有高達 10% 的嵌入 2-5µm 氧化鋁顆粒,能夠顯著提高活塞環的端面耐磨性和耐刮性,與此同時,熱噴涂技術可以產生更高的硬質相含量(體積比高達 60%) 。相較于CKS®而言, GOETZE ®金剛石涂層(GDC ®)更為耐磨,天納克動力總成的新型 GDC®60 涂層在發動機運行狀態下顯示出極低的摩擦系數,展現出超高耐磨性與低氣缸磨損。


  CrN 涂層或 CrON涂層 的 PVD (物理氣相沉積)硬涂層在高熱負載下呈現高耐磨性和高耐刮:涂層厚度被應用工藝限制在 50µm 以下,而新的激光再熔化方法可使涂層厚度達到 1mm ,從而延長了活塞環的使用壽命。


  “迄今為止,對帶有激光再熔化端面的大缸徑發動機活塞環進行的初始測試均呈現出非常良好的結果!盇rndt 表示,“這種用于端面表面強化的解決方案,可以在一側或兩側與所有現有的普通工作面涂層相結合,以提供高負載阻力和較長的使用壽命!


  使用活塞環端面激光再熔化的預系列生產已于 2018 年開始進行,并在運轉發動機上進行了長期測試。此外,活塞環工作表面激光沉積焊接材料的開發目前正在進行中,預計將于 2020 年進行第一次發動機測試。


  關于新的天納克 - 未來的動力總成技術公司


  天納克分拆后,將成立兩家獨立的新公司,分別為售后零部件和駕乘性能公司(DRiV™),以及一家新的動力總成技術公司,新天納克將成為全球最大的純動力總成公司之一,服務全球主機配套市場,其工程解決方案專注于解決燃油經濟性、動力輸出以及滿足汽油、柴油和動力總成電氣化的排放標準要求。新的天納克 2018年的合并營業收入為 114 億美元,服務于輕型汽車、商用卡車、非公路用車和工業用車市場。

(責任編輯:任無整)
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