Tribological properties of piston rings designed for sliding against composite materials in lubricated contacts

• Autorzy: Posmyk Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.9436

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne pierścieni tłokowych przeznaczonych do współpracy z materiałami kompozytowymi w smarowanych skojarzeniach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents basic information on the production, structure and tribological properties of a composite chromium-ceramic coating deposited electrolytically on a cast-iron piston ring for a combustion engine designed for sliding against a composite cylinder liner. The results of comparative tests of two contacts, i.e. cast-iron GJL-250/AlMC and GJL250+Cr-Al₂O₃/AlMC, are described. The deposition of the Cr- Al₂O₃ coating on the cast-iron piston ring reduces almost trifold the wear of the piston ring and about 20% the friction resistance in the contact due to the presence of aluminium oxide particles and fibres. The reinforcing phase removed from the chromium layer polishes the chromium and composite sliding surfaces. The places left by the removed particles serve as depots for oil, which reduces the friction forces and minimises oil consumption. The Al₂O₃ wear debris decreases the roughness of the surfaces in contact, which additionally reduces the friction forces according to the friction hypothesis of Ernst and Merchant.

PL

W artykule opisano podstawy wytwarzania, budowę i właściwości tribologiczne kompozytowej powłoki chromowo-ceramicznej naniesionej elektrolitycznie na żeliwny pierścień tłokowy silnika spalinowego przeznaczony do współpracy z kompozytową tuleją cylindrową. Opisano wyniki badań porównawczych dwóch skojarzeń, tj. żeliwa GJL-250/AlMC i GJL-250+Cr- Al₂O₃/AlMC. Naniesienie powłoki Cr- Al₂O₃ na pierścień żeliwny zmniejsza ponad trzykrotnie zużycie pierścienia i około 20% opory tarcia skojarzenia dzięki obecności cząstek i włókien tlenku aluminium. Usunięta z chromu faza zbrojąca działa polerująco na współpracujące powierzchnie chromu i kompozytu. Miejsca po usuniętych cząstkach służą do gromadzenia oleju, co zmniejsza siły tarcia i zużycie oleju. Produkty zużycia Al₂O₃ zmniejszają chropowatość współpracujących powierzchni, co dodatkowo zmniejsza siły tarcia zgonie z hipotezą tarcia Ernsta i Merchanta.

Słowa kluczowe

EN

means of transport; piston rings; composite materials; ceramic particles; chromium coating

PL

środki transportu; pierścienie tłokowe; materiały kompozytowe; cząstki ceramiczne; powłoka chromowa

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 3
• Strony: 53--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Posmyk Andrzej

• Silesian University of Technology Faculty of Transport and Aviation Engineering, Krasińskiego 8 Street, 40-019 Katowice, Poland.

• https://orcid.org/0000-0003-2943-2379

Bibliografia

• 1. Nakada M.: Trends in engine technology and tribology, Tribology Internat. 1994, Vol. 27 (1), pp. 3–8.
• 2. Posmyk A.: Tribologia materiałów kompozytowych w pojazdach samochodowych. Wyd. Politechniki Śląskiej Gliwice 2020.
• 3. Pędzich Z.: Zużycie abrazyjne kompozytów na osnowie tlenku glinu, Kompozyty 2007, 7(3), pp. 149–154.
• 4. Lubecki M., Stosiak M., Leśniewski T.: Comparative studies of tribological properties of selected polymer resins for use in hydraulic systems, Tribologia 2019, 6, pp. 31–37.
• 5. Linsmeier K-D.: Technische Keramik Werkstoff für höchste Ansprüche, Verlag Moderne Industrie Landsberg/Lech 2010.
• 6. Posmyk A.: Kształtowanie właściwości tribologicznych warstw wierzchnich tworzyw na bazie aluminium. Z. 62. Hutnictwo, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
• 7. Łuszcz M., Michalczewski R., Kalbarczyk M. at all: Effect of HBN on wear of AlCrN-coated spark plasma-sintered TiB2/Ti composites at temperatures up to 900°C, Tribologia 2002, 1, pp. 43–55.
• 8. Posmyk A., Bąkowski H.: Wear mechanism of cast iron piston ring/aluminum matrix composite cylinder liner, Tribology Transactions, 56 (2013), pp. 806–815.
• 9. Łyziński M.: Pokrycia diamentowe pierścieni tłokowych, http://old.intercars.com.pl/pliki/ INTERCARS, Biuletyny Informacyjne 2006, p. 61.
• 10. Kula P., Pietrasik R., Pawęta S., Komorowski J.: MoS2/WS2/fine LPN composite layers – a new approach to low frictional coatings for piston rings, Tribologia 2022, 3, pp. 49–58.
• 11. Kaźmierczak A.: Tarcie i zużycie zespołu tłok-pierścienie-cylinder, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.
• 12. Kozaczewski W.: Konstrukcja grupy tłokowo-cylindrowej silników spalinowych, WKŁ, Warszawa 2004.
• 13. Zeyu M.A., Ruoxuan H., Xiaoshuai Y., Yan S., Jiujun X.: Tribological performance and scuffing behaviors of several automobile piston rings mating with chrome-plated cylinder liner, Friction 2022, 10 (8), 1245–1247.
• 14. Ruoxuan H., Zichun W., Xiaoshuai Y., Tianchi Z., Siqi M., Xiangnan Ch., Jiujun X.: Tribological performance of nano-diamond composites-dispersed lubricants on commercial cylinder liner mating with CrN piston ring, Nanotechnology Reviews 2020, 9, pp. 455–464.
• 15. Aruna S.T., Grips V.K., Selvi E.V., Rajam K.S.: Studies on electrodeposited nickel-yttria doped ceria composite coatings, Journal of Applied Electrochemistry 2007, 37(6), pp. 991–1000.
• 16. Ernst H.: An interpretative review of 20th century machining and grinding research, Techn Solve inc. Cincinati (OH), 2003.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).