پوشش در قطعات خودرو

پوشش در قطعات خودرو

انواع متنوعی از پوشش ها و عملیات های سطحی را می توان بر روی قطعات موتور بکار برد. این پوشش ها سبب دوام بیشتر، افزایش مقاومت به سایش و روانکاری، کنترل حرارت، افزایش راندمان حرارتی و کاهش اصطکاک می شوند. از آنجاییکه قطعات خودرو عملکردهای متفاوتی دارند، نمی توان از یک نوع پوشش خاص برای کلیه قطعات استفاده نمود.

برخی از پوشش ها اصطکاک و افت قدرت موتور را کاهش داده و برخی دیگر به خنک تر کار کردن فنر سوپاپ و سایر قطعات کمک کرده و عمر قطعات را افزایش می دهند. دسته ای از پوشش ها عایق حرارت بوده و دمای کاری را کاهش می دهند، در حالیکه، دسته دیگر با انتقال و پراکنده سازی حرارت به خنک شدن قطعات کمک می کنند. گروهی از پوشش ها دائمی بوده و گروهی دیگر موقتی بوده و با فدا نمودن خود، قطعه را حفظ می کنند.

سه معضل اصلی در صنعت خودرو که سبب استفاده از پوشش ها می شوند، عبارتند از:

• اصطکاک
• حرارت
• خوردگی

  

دلایل پوشش دهی

بسیاری از قطعات موتور بدون اعمال یکی از انوع پوشش های صنعتی دوام نمی آورند. پیستون های آلومینیومی در موتور با سیلندرهای از جنس آلومینیوم برای ماقومت در برابر سایش به لایه نازکی از پوشش آهن نیاز دارند. برای بهبود سختی سطح و مقاومت به سایش، سطوح اطراف رینگ ها و حتی کل پیستون در برخی از موتورها تحت فرایند آندایز سخت قرار می گیرند.

در روش های نوین آندایز می توان با وارد ساختن ذرات دی سولفید مولیبدن به داخل حفرهای ریز سطح پوشش، خاصیت روانکاری و مقاومت به اصطکاک را افزایش داد.

همچنین آندایزینگ مقاومت به خوردگی قطعات آلومینیومی را افزایش داده و اغلب برای حفاظت سر سیلندر و بدنه موتورهای دریایی بکار برده می شود. بعلاوه آندایز امکان رنگ نمودن قطعات و افزایش زیبایی ظاهری قطعات را نیز میسر می سازد.

محفظه های سیلندر آلومینیومی بدون پوشش نسبتا نرم بوده و مقاومت سایشی اندکی دارند. از اینرو در برخی از موتورها، سیلندرها را با مخلوطی از نیکل و کاربید سیلیسیم پوشش می دهند تا سختی و مقاومت به سایش آنها افزایش یابد.

الماس تنها ماده سخت تر از کاربید سیلیسیم است. با اینکه ضخامت لایه آبکاری در حدود 0.025-0.5 اینچ می باشد، نرخ سختی بدست آمده در حدود 600 ویکرز بوده و سختی لغزشی آن حدود 58-60 راکول سی می باشد. این مساله سبب افزایش سه تا ده برابری عمر سیلندر می شود.

برخی از پوشش های سطحی با جذب و نگه داشتن روغن، روانکاری رینگ و پیستون را بهبود می بخشند. در گذشته از مشابه این پوشش برای بدنه های چدنی و آلومینیومی با لاینرهای آهنی استفاده می شد. ولی از این روش برای پوشش بدنه های موتور از جنس چدن با گرافیت فشرده استفاده نمی شد. زیرا این نوع پوشش ها بخوبی به این نوع چدن نمی چسبیدند. از طرف دیگر وجود گرافیت در چدن با گرافیت فشرده روانکاری ذاتی را برای رینگ ها بوجود می آورد.

پوشش های کاهنده اصطکاک

این گروه شامل پوشش های PVD، DLC و کلیه پوشش های روانکار جامدی نظیر دی سولفید مولیبدن، دی سولفید تنگستن و(یا) تفلون مخلوط با برخی از انواع پلیمرهای پوشش دهی می شود. پوشش های کاهنده اصطکاک اغلب پوشش های مطمئنی برای حفاظت موتور و کاهش خطر پوسته شدن یا گیر کردن ناشی از افت ناگهانی فشار روغن در حین کار کردن می باشند.

این نوع پوشش لایه ای فدا شونده ایجاد می کند که امکان روغنکاری موقتی در شرایط بحرانی را فراهم می ساخته و از تماس فلز با فلز و خرابی های ناگهانی جلوگیری می کند. این نوع از پوشش ها اغلب بر روی سطوح جانبی پیستون ها و یاتاقان های موتور اعمال می شوند، ولی ممکن است برای سایر قطعات موتور نظیر برآمدگی های میل بادامک و اجزاء متحرکه سوپاپ نیز استفاده شوند.

مزیت دیگر پوشش های ضد اصطکاک کاهش یک تا 6 درجه ای دمای روغن خنک سازی است.

 پوشش های سد حرارتی

پوشش های سد حرارتی شامل ترکیبات پاششی فلزی/سرامیکی و پلاسمایی می شود که اغلب بر روی سرهای اگزوز، سر پیستون ها، محفظه های احتراق در سر سیلندرهای آلومینیومی و سوپاپ های ورودی و خروجی به منظور انعکاس حرارت می شود.

وقتی یک پوشش حرارتی بر روی سر پیستون اعمال می شود، حرارت بیشتری در محفظه احتراق باقی مانده و حرارت کمتری به پیستون منتقل می شود. در کاربردهای دما بالا نظیر موتورهای توربوشارژر یا موتورهایی که از اکسید نیتروژن استفاده می کنند، این حالت می تواند اختلاف چشمگیری ایجاد نماید. در بسیاری از موتورهای دیزلی از پیستون های پوشش دهی شده استفاده می شود.

اعمال پوشش های سد حرارتی بر روی قطعات اگزوز از لوله ها در مقابل زنگ و خوردگی محافظت نموده و از رنگ های نسوز با دوام تر است.

در سر سیلندرهای آلومینیومی می توان این پوشش ها را بر روی محفظه احتراق اعمال نمود. آلومینیوم حرارت زیادی را از محفظه احتراق جذب می کند. پراکنده ساختن حرارت سبب کاهش جند درجه ای دمای احتراق و کاهش خطر بدسوزی و انفجار سوخت می شود.

همچنین این نوع پوشش های حرارتی را می توان بر روی سطوح فلنجی و بخش های زیرین مانیفولدهای ورودی و فلنج های بدنه دریچه گاز یا کاربراتور اعمال و حرارت تولیدی را از هوای ورودی دور نمود. در یک موتور خود تنفس نرمال، هر 10 درجه کاهش دمای هوای ورودی می تواند قدرت موتور را حدود یک درصد(هوای خنک تر و چگال تر قدرت بیشتر را در بردارد) افزایش می دهد. در موتور توربو شارژر یا سوپر شارژر، کاهش 10 درجه ای دمای ورودی حدود دو درصد افزایش قدرت موتور را در پی خواهد داشت.

نوع دیگری از پوشش های حرارتی با نام "پخش کننده حرارت" وجود دارد که بجای انعکاس حرارت، آن را جذب و پراکنده می سازد. این نوع از پوشش را می توان برای کمک به پخش بهتر حرارت و دور نمودن آن از روی قطعات، بر روی کارتل روغن، قاب سوپاپ ها، رادیاتورها و مبدل های حرارتی اعمال نمود. همچنین این نوع پوشش بر روی فنرهای سوپاپ(خنک ساختن فنر) نیز بخوبی عمل می کند. برخی رانندگان مسابقه اتومبیل رانی می گویند که فنرهای سوپاپ پوشش دهی شده نسبت به نمونه های بدون پوشش دو تا سه برابر بیشتر عمر می کنند.

پوشش های روان یا جاری کننده

پوششی که هم پراکنده کننده حرارت باشد و هم جاری کننده روغن، گزینه مناسبی برای وزنه های تعادل میل لنگ می باشد. همچنین از این پوشش ها می توان بر روی قسمت های تحتانی پیستون برای کاهش چرخش و پرتاب شدن روغن در اثر سرعت زیاد استفاده کرد.

پوشش های جاری کننده روغن اغلب حاوی تفلون یا فلئوروپلیمرهای مشابه بوده و امکان اعمال بر روی هر قطعه داخلی موتور(شاتون، میل لنگ، سطح داخلی پوسته سوپاپ، کارتل، مانیفولد ورودی و...) جهت بهبود بازگشت روغن به محفظه میل لنگ را دارا می باشند.

همچنین این پوشش ها به کاهش تولید رسوبات لجن شکل در داخل موتور و حفاظت سطوح فلزی خام در برابر زنگ و خوردگی کمک می کنند. سایر مزایای این پوشش ها عبارتند از: کاهش حبابی شکل شدن روغن و کاهش دمای روغن.

پوشش های پودری محافظ

پوشش های پودری اغلب به عنوان جایگزینی برای رنگ نهایی سطوح خراجی بدنه موتور، سر سیلندر، پوسته سوپاپ، کارتل و مانیفولد ورودی استفاده می شوند. بر خلاف رنگ، که بصورت تر پاشیده شده و از یک حلال برای سوسپانسه نگه داشتن ذرات تا زمان خشک شدن بهره می برد، پوشش های پودری بصورت خشک و با سیستم های پاشنده الکترواستاتیک اعمال شده و با حرارت دیدن به یک لایه محافظ خشک تبدیل می شوند.

همانند رنگ، این پوشش ها نیز برای حفاظت با کیفیت و طولانی مدت به آماده سازی سطحی مناسبی نیاز دارند. کلیه سطوح باید تمیز، خشک و عاری از روغن باشند. در دامه برای بهبود چسبندگی پوشش پودری، سطوح قطعه به روش شیمیایی اچ شده یا سندبلاست می شوند.

رنگ های حرارتی

رنگ ها و اپوکسی های دما بالای موتور، پوشش هایی هستند که می توانند برای اهداف زیبایی و حفاظت خوردگی بر روی قطعات موتور اعمال شوند. از آنجاییکه آلومینیوم ظاهری براق و زیبا داشته و مانند آهن یا فولاد زنگ نمی زند، بدن، سر سیلندر و مانیفولد های ورودی از جنس آلومینیوم اغلب بدون رنگ استفاده می شوند.

آلومینیوم لایه اکسیدی محافظی را بر روی سطح خود ایجاد می کند که فلز زیرین را محافظت می کند. با این وجود، آلومینیوم نیز در صورت قرار گرفتن در معرض کثیفی، گریس، روغن و ترشحات جاده ای، با گذشت زمان دچار ظاهری لک دار و کثیف می گردد.

پوشش دهی آلومینیوم با رنگ های شفاف(لاک) یا رنگ های حاوی ذرات آلومینیوم کمک می کند تا ظاهر قطعه مدت زمان بیشتری حفظ گردد. همچنین می توان آلومینیوم را پولیش نموده و ظاهری کروم شکل به آن داد. در این حالت نیز اعمال یک لایه پوشش پلیمری شفاف یا سیلر بر روی سطح به حفظ این براقیت کمک می کند.

پوشش کروم

پوشش کروم به منظور افزایش براقیت و زیبایی و پوشاندن سطح پوسته سوپاپ، کارتل و سایر اجزاء جانبی موتور بکار برده می شود. هر چه ضخامت کروم بیشتر باشد، بهتر است. آبکاری کروم معمولا به روش الکتریکی شیمیایی و با غوطه ور ساختن اجزاء فولادی در یک وان اسید انجام می شود. با اینحال می توان آن را به روش الکترواستاتیکی و در یک محفظه خلاء بر روی قطعات فلزی و پلاستیکی اعمال نمود.

کیفیت پوشش کروم به آماده سازی سطح(تمیزکاری، چربی گیری و پولیش نمودن قطعه)، اعمال یا عدم اعمال یک لایه آبکاری آستری(نیکل از خوردگی جلوگیری می کند)، ضخامت لایه آبکاری و تعداد لایه ها(هر چه بیشتر باشد، بهتر است) بستگی دارد.

تمیزکاری لایه آبکاری کروم ساده بوده و ظاهری زیبا و براق دارد، ولی اگر بدون لایه آستری یا پایه اعمال شود، مقاومت به خوردگی آن بسیار کم خواهد بود. قطعات ارزان آبکاری شده به سرعت شروع به زنگ زدن نموده و لایه آبکاری به مرور زمان از روی سطح پوسته و جدا می شود. سر اگزوز های آبکاری کروم شده معمولا خیلی سریعتر از پوشش های سرامیکی/فلزی تغییر رنگ به آبی داده و دوام و حفظ حرارت آنها نیز خیلی کم می باشد.

از پوشش های کروم سخت می توان برای بهبود سختی و داوم شفت رابط میل لنگ استفاده نمود. همچنین این نوع پوشش برای بازسازی شفت های خورده شده و رساندن آنها به ابعاد اولیه نیز بکار می رود.

 منابع:

• Advanced Piston Technology
• Engine Bearings
• Bearing
• Crankshaft
• Bearing Materials
• Engine Crankshaft Bearings
• Polymer Coated Bearings
• Coated engine bearings for boundary lubrication conditions
• Connecting Rod Bushings
• Valve train
• Crankshaft Coatings

منبع:

http://coatingclinic.ir