Technological applications of laser ablation in combustion engine pistons

• Autorzy: Napadłek W.

Warianty tytułu

PL

Ablacja laserowa w zastosowaniach technologicznych dla tłoków silnika spalinowego

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opisano istotę oraz możliwości zastosowań technologicznych ablacji laserowej dla tłoków silnika spalinowego. Przedstawiono wybrane wyniki badań własnych w zakresie ablacyjnego usuwania nawarstwień, głównie w postaci nagaru na denku tłoka oraz innych osadów będących produktami eksploatacji tłoków. Usuwanie sekwencyjne nawarstwień realizowane było w sposób kontrolowany, dzięki temu nie następowało uszkadzanie podłoża tłoka. Ablacyjne oczyszczanie laserowe realizowane było przy użyciu lasera Nd: YAG o pracy impulsowej 10 Hz oraz długości promieniowania laserowego X = 1064 nm. W eksperymentach laboratoryjnych usuwano ww. nawarstwienia osadzone na podłożu ze stopu aluminium Ak12 oraz ceramiki na bazie cyrkonu, natryskanej na denko tłoka jako bariera termiczna (TBC). Stosując czas ekspozycji wiązki laserowej ok. 10 -20 ns oraz różne parametry obróbki laserowej: gęstość energii, prędkość skanowania wiązki, stopień przykrycia impulsów dobrano właściwe parametry obróbki, które mogą być stosowane nie tylko w warunkach laboratoryjnych, ale również w skali przemysłowej. Po usunięciu nawarstwień w warstwie wierzchniej barierowej powłoki ceramicznej stwierdzono bardzo liczne mikro-i makro-pęknięcia, tworzące regularną siatkę spękań, powstałą w czasie cyklicznych oddziaływań szoków cieplnych w 400 - godzinnej próbie trwałościowej silnika spalinowego o ZS. Opisywana technologia laserowa stanowi alternatywę dla innych metod oczyszczania, głównie ze względów ekologicznych, dużej precyzji oraz szerokich możliwości automatyzacji procesu. Może być wykorzystywana również w procesach diagnostyki i weryfikacji, a także, jako technologia przygotowania warstwy powierzchniowej do innych procesów technologicznych, np. natryskiwania cieplnego, osadzania powłok kompozytowych w newralgicznych strefach tłoków.

EN

The principles and possible applications of laser ablation technology in combustion engines pistons were described. Laser ablation removal of carbon deposits and other products of pistons using from pistons bottom was presented. The process of sequence removal of the deposits was controlled, so the pistons were not damaged. Nd: YAG laser with 10 Hz pulse work and wavelength X-- 1064 nm was applied during the process. In the laboratory experiments the deposits were removed from aluminum Akl12 and from ceramics on the basis of zirconium, sputtered on the pistons bottom as a thermal barrier (TBC). The exposition time of laser beam ranging from 10 to 20 ns was applied. Furthermore variation of such important parameters of laser treatment like energy density, beam scanning rate, impulse covering rate was applied, resulting with a set of parameters applicable for lab and even industrial scale. After deposits removal from surface layer, many micro- and macro cracks were noticed. The cracks created a net-like pattern, which was a result of cyclic heat-shock present during 400 hours long endurance test of combustion engine. The laser technique is an alternative for other methods because of its ecological reasons. It is also very precise and can be easily automated. It can be also applied in diagnosis, verification and also as a surface layer pretreatment for such a processes like thermal sputtering, or deposition of composite layers in important areas of pistons.

Słowa kluczowe

PL

ablacja laserowa; warstwa powierzchniowa; tłok silnika spalinowego; usuwanie nawarstwień

EN

laser ablation; surface layer; combustion engine piston; deposits removal

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 15, No. 3
• Strony: 382--388
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Napadłek W.

• Military University of Technology, Mechanical Faculty Gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland tel.: [phone],

Bibliografia

• [1] Burakowski, T., Wierzchoń, T., Inżynieria powierzchni metali, WNT, Warszawa 1995.
• [2] Marczak, J., Analiza i usuwanie nawarstwień obcych z różnych materiałów metodą ablacji laserowej, ISBN: 83-88442-94-5, 2004.
• [3] Marczak, J., Napadłek, W., Sarzyński, A., Modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej aluminium za pomoc laserowej fali uderzeniowej, Inżynieria Materiałowa Nr 5(147), s. 622-624, Katowice 2005.
• [4] Napadłek, W., Sarzyński, A., Marczak, J., Analiza procesów zachodzących podczas ablacji laserowej na stopach aluminium, Przegląd Spawalnictwa Nr 5-6, s. 64-67, 2006.
• [5] Burakowski, T., Marczak, J., Napadłek, W., Istota ablacyjnego oczyszczania laserowego materiałów, Prace Instytutu Elektrotechniki, LIII, Zeszyt 228’06, s. 125-135, 2006.
• [6] Burakowski, T., Napadłek, W., Marczak, J., Ablacyjna mikroobróbka laserowa w areologii,Inżynieria Materiałowa, Nr 5 (153), Rok XXVII, s. 882-889, wrzesień-październik 2006.
• [7] Burakowski, T., Kubicki, J., Marczak, J., Napadłek, W., Technologiczne możliwości zastosowania ablacyjnego oczyszczania laserowego materiałów, Prace Instytutu Elektrotechniki, LIII, Zeszyt 228’06, s. 137-146, 2006.