Оценка технологичности нанесения металломатричного покрытия методом электрохимического осаждения на цилиндр ДВС
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Строительное материаловедение
Статья в выпуске: 5 т.18, 2026 года.
Бесплатный доступ
Введение. Оптимизация массы двигателей внутреннего сгорания достигается путем применения алюминиевых сплавов. С целью повышения износостойкости поверхностей применяются функциональные покрытия – в том числе, с включением наночастиц. Наночастицы вводят в состав покрытия, чтобы существенно улучшить такие эксплуатационные свойства, как твердость и износостойкость, также для формирования более однородной структуры. Для сохранения зазора в группе поршень-цилиндр важно оценить текущее состояние поверхности деталей и методику их подготовки для нанесения металломатричного износостойкого покрытия. Методы и материалы. В ходе исследования проведен интегральный анализ микрогеометрии поверхности поршня и цилиндра с применением лазерного сканера (точность измерений – 10 мкм). На поверхность цилиндра путем электрохимического осаждения нанесено покрытие Ni–SiC. Для оценки покрытия были вырезаны образцы с разных секторов внутренней поверхности цилиндра. Микротвердость определяли с использованием микротвердомера «TBM Tochline» при нагрузке 50 г. Микроструктуру и химический состав покрытия исследовали с помощью растрового электронного микроскопа «JSM-6490 LV» при увеличении х500. Результаты и обсуждение. Анализ микрогеометрии цилиндра и поршня выявил номинальный радиальный зазор 250 мкм. Отклонения размеров цилиндра соответствуют 5-й степени точности отливок, для поршня – 3-й. Диаметр отверстия в цилиндре 39+0,000 +0,146, диаметр поршня 38,5–0,150 –0,038. Толщина слоя покрытия, включающего последовательно формируемый основной никелевый слой с упрочняющей фазой SiC ≈ 900 нм, составляет 160±10 мкм. Среднее значение микротвердости нанесенного покрытия 420 HV. По глубине цилиндра разброс значений не превышает 10 HV, что характеризует однородность сформированного слоя никель – упрочняющие фазы SiC. Заключение. Перед нанесением покрытия требуется механическая обработка внутренней поверхности цилиндра для выравнивания радиального зазора до 400+10 мкм с обеспечением размера 39+0,39 +0,40 мм. Разработанная установка для нанесения покрытия обеспечивает геометрическую и структурную однородность покрытия с толщиной 160±10 мкм. Поверхность с нанесенным покрытием следует подвергать финишной обработке. В дальнейшем будут проведены стендовые испытания износостойкости покрытия. Последующие исследования будут направлены на оптимизацию технологии его нанесения с целью достижения показателя в наработке 500 часов до капитального ремонта.
Короткий адрес: https://sciup.org/142248997
IDS: 142248997 | УДК: 62-222.1-621.793.3 | DOI: 10.15828/2075-8545-2026-18-5-591-600
Assessment of the processability of applying a metal matrix coating by electrochemical deposition on an internal combustion engine cylinder
Introduction. Weight optimization of internal combustion engines is achieved through the use of aluminum alloys. In order to increase the wear resistance of surfaces, functional coatings are used – including those with the inclusion of nanoparticles. Nanoparticles are incorporated into the coating to substantially improve performance properties such as hardness and wear resistance, also to form a more uniform structure. To maintain the gap in the piston-cylinder group, it is important to assess the current state of the surface of the parts and the method of preparing them for applying a metal-matrix wear-resistant coating. Methods and materials. During the study, an integral analysis of the microgeometry of the piston and cylinder surfaces was carried out using a laser scanner (measurement accuracy – 10 microns). Surface of cylinder is coated with Ni–SiC by electrochemical deposition. Samples from different sectors of the inner surface of the cylinder were cut to evaluate the coating. The microhardness was determined using a TBM Tochline microhardness meter at a load of 50 g. The microstructure and chemical composition of the coating were examined using a JSM-6490 LV scanning electron microscope at a magnification of x500. Results and discussion. Analysis of the cylinder and piston microgeometry revealed a nominal radial gap of 250 μm. Deviations of the cylinder dimensions correspond to the 5th degree of accuracy of castings, for the piston – to the 3rd. Bore diameter in cylinder цилиндре 39+0,000 +0,146, piston diameter 38,5–0,150 –0,038. Thickness of coating layer including series-formed main nickel layer with strengthening phase SiC ≈ 900 nm is 160±10 mcm. Average microhardness of the applied coating 420 HV. The cylinder depth variation does not exceed 10 HV, which characterizes the uniformity of the formed nickel-strengthening phases SiC. Conclusion. Before coating, machining of the inner surface of the cylinder is required to equalize the radial gap to 400+10 μm, ensuring a 39+0,39 +0,40 mm. The developed coater ensures geometric and structural uniformity of the coating with a thickness of 160±10 microns. The coated surface shall be finished. In the future, bench tests of the wear resistance of the coating will be carried out. Subsequent studies will be aimed at optimizing the technology of its application in order to achieve an indicator of operating time of 500 hours before overhaul.
