پوشش های حلقه
بلا فاصله پس از تولید حلقه های ساخته شده از چدن یا مواد فولادی امکان استفاده وجود ندارد. گرایش خوردگی به دلیل دشوار بودن شرایط کار و ساختار طبیعی مواد از نظر عمر مشکلات جدی ایجاد می کند. برای رفع این مشکلات و طولانی شدن عمر حلقه ها، تعدادی از روکش ها روی سطوح پیستون اعمال می شود.
متداول ترین نوع پوشش مورد استفاده برای از بین بردن این معایب، آبکاری کرومی است. با این حال، در این شرایط سخت، آبکاری کروم کافی نیست. برخی دیگر از پوشش های رایج دیگر که پس از آبکاری کروم مورد استفاده قرار می گیرند عبارت از پوشش قلعی، مولیبدن، نیکل، فسفات و نیترات می باشند.
به طور کلی، پوشش های مولیبدن در آمریکا به دلیل توانایی نگهداری روغن به دلیل ساختمان نسبتاً ارزان و متخلخل، ترجیح داده می شوند. در حالی که این ترجیح در ژاپن برای نیترید گازی صورت گرفته است، اما در اروپا به کروم وسرامیک های کروم ترجیح داده می شود. فقط با پیشرفت تکنولوژی، انتقال به پوشش های PVD و DLC که راندمان بالاتری دارند، آغاز گردیده است. این نوع پوشش ها به دلیل مقاومت بیشتر در برابر حرارت و سایش و عمر دراز، روز به روز در حال مروج تر شدن است.
با روکش PVD که اخیراً در پوششهای پیستونی مورد استفاده قرار گرفته است، می تواند قدرت و پایداری خروجی بسیار بالاتری را بدست آورد، اما در پوشش DLC اصطکاک و لرزش بسیار کم به پایین ترین حد ممکن فراهم می گردد.
پوشش حلقه عملیه ها در سطح
= Crپوشش با کروم
= Mo پوشش با مولیبدن
= P پوشش با فسفات
Fe= پوشش با فروکسید
Cu= آبکاری با مس
= Nt پوشش با نیتریت
= Sn پوشش با قلعی
= Ck سرامیک کروم
= Pvd تراکم بخار فیزیکی
= Cdc پوشش با الماس کروم
= Dlc پوشش کربنی با روکش الماس
پوشش با کروم (Cr)
روشی که در افزایش مقاومت حلقه ها به شکل رایج عملی می شود، آبکاری با کروم سخت می باشد. هدف از آبکاری کروم کاهش سایش و افزایش عمر حلقه و پوش سلیندر می باشد. کاهش سایش دیواره حلقه و سلیندر با پوشش حلقه بالا توسط کروم امکان پذیر است. امروزه، تمایل پوشش با کروم نه تنها به حلقه بالا، بلکه به دو یا چند حلقه وجود دارد. واضح است که آبکاری کروم سطح سختی ایجاد می کند که باعث کاهش سایش روی خود حلقه ها می شود.
آبکاری کروم عمدتاً از دو طریق کاربرد دارد:
- سخت
- پوشش با کروم متخلخل
در آبکاری کروم سخت، پس از پوشش سطوح حلقه ها با کروم سنگ زنی گردد، شکل نهایی خود را می گیرند. حلقه ها به دلیل آبکاری کروم متخلخل ویژگی حفظ روغن را به دست می آورند.بدین ترتیب، سایش را هم در خود حلقه ها وهم در سطوح پوش سلیندری که با آنها کار می کنند به حد اقل می رسانند.
پوشش با مولیبدن (Mo)
به منظور جلوگیری از سایش در اطراف حلقه با مولیبدن پوشانده می شود. برای جلوگیری از نشانه های سوختگی می توان سطح کار حلقه ها را با مولیبدن پر کرد ویا تمام سطح را می توان پوشاند. پوشش هم با روش اسپری شعله و هم با میتود اسپری پلاسما قابل انجام است. بلند ترین نقطه ذوب مولیبدن (2620 C0) می باشد. ساختمان متخلخلی و اثر روغنکاری باعث می شود سطح کار حلقه پیستون دوام بیشتری داشته باشد. این ماده از هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر سایش برخوردار است.
روکش کرومی و سرامیکی (Ck)
روکش های کرومی و سرامیکی (Ck) نوعی پوشش کامپوزیتی است که از ساختار متداخل شبکه ای عناصر کروم و اکسید آلومینیوم بدست می آید. این روکش ها عمدتاً برای پوشش حلقه های لانه اول پیستون های وسایط نقلیه موتور دیزلی مورد استفاده قرار می گیرند. روکش CKS به دلیل تفاوت در روش الکترولیز، کیفیت و کارایی بالایی را به همراه دارد.
تفاوت پوشش Ck از روکش کروم سخت؛
- مقاومت بالاتر در برابر سایش
- دارای نقطه ذوبان بالاتر
- دارای سختی و تراکم بالاتر
با توجه به این مزایا، پوشش های CK در وسایط نقلیه ایکه از آن استفاده می شود عمر موتور افزایش داده، انتشار کم گازهای اگزوز را فراهم می کند.
تراکم بخار فیزیکی (Pvd)
روشی که در نتیجه انباشت پوشش های سخت از مرحله بخار به سبب تجمع آن بر روی سطح حلقه ایجاد می شود، روش PVD نامیده می شود. تبخیر و آیونیزاسیون فلز با این روش توسط قوس الکتریکی یا بمباران آیونی بدست می آید.
آیون های فلزی جدا و تنظیم شده به سمت سطح مرکب پیش می روند. در نتیجه، اتم های فلزی با گازهای تعاملی تعامل نموده نیتریت، کاربید و اکسید را تشکیل می دهند. پس از تعامل در روی سطح کار حلقه پوشش نازکی ایجاد می شود. به دلیل ویژگی سرامیکی موجود در پوشش، مقاومت بالایی در برابر سایش و تخریب نشان می دهد.
پوشش با نیتریت (Nt)
با پوشش نیتریت تمام سطح حلقه سخت می شود. با این روکش مقاومت سطح در برابر اصطکاک افزایش می یابد. بدین سبب عمر استفاده از حلقه افزایش می یابد. تولید پوشش نیتریت و خاصیت انتشار آن سازگار با محیط زیست است. با روکش نیتریت مشاهده شد که نتایج کار مؤثرتری از سطوح عملکرد حساس بدست آمده است. ضایعات روغن را از نقاط حساس حلقه ها کاهش می دهد. شکنندگی حلقه های چدن را کاهش می دهد. عمر موتور را افزایش می دهد.
پوشش با الماس کروم (Cdc)
این نوع روکش در موتورهای یورو 4 و در قسمت فوقانی حلقه های موتور استفاده می شود. این ماده را می توان در چدن آلیاژی وانعطاف پذیر، فولاد کربن استفاده کرد. از ذرات الماس به جای ذرات سرامیکی استفاده شده است. بواسطه این روش مقاومت به سایش و اصطکاک افزایش می یابد.
پوشش کربنی با روکش الماس (Dlc)
به واسطه این پوشش، اصطکاک کاهش یافته و مقاومت در برابر سایش بیشتر می شود. روکش DLC به دلیل ویژگی هایش با محیط زیست سازگار میباشد. پیوندهای شیمیایی قوی دارد و تحت فشار مکانیکی قرار نمی شکند. شکل کرستالی نداشته بدون شکل می باشد. این ماده به دلیل ساختار آن یک ماده بسیار قوی است. در مقایسه با پوشش های دیگر مقاومت داشته، ودر مقابل اصطکاک مقاوم تر است.