Покрытия деталей двигателей

Покрытия представляют из себя сухие пленки, отражающие тепло, удерживающие смазочные материалы и защищающие базовый металл от окисления. Достаточно распространены декоративные покрытия, не выполняющие никаких практических задач, но улучшающие товарный вид изделия.

Большинство компаний, вовлеченных в данную отрасль, держит технологии производства и нанесения покрытий в строжайшем секрете. Чаще всего они даже не продают лицензии на производство и обработку, а производят все операции самостоятельно. Настоящая статья будет посвящена обзору составов, представленных сейчас на рынке.

Для обеспечения качественной адгезии покрытия и базового металла, необходимо поверхность, очищенная от любого рода загрязнений и обладающая шероховатостью необходимого уровня. Один из производителей составов для покрытия компонентов двигателей, утверждает, что на 85% работа по нанесению покрытия состоит именно из подготовки поверхности. Наиболее распространенный способ очистки поверхности – обработка пескоструйным или дробоструйным аппаратом. После этого на поверхность распыляется состав, деталь высушивается и выдерживается в печи под постоянным наблюдением. Температура в печи должна оставаться в определенных допустимых рамках, чтобы не пережечь базовый металл.

Сухие пленочные смазки содержат такие компоненты как дисульфид молибдена или тефлон в термоусадочном полимерном составе. Это покрытие обеспечивает достаточно надежную защиту поверхности в экстремальных случаях при недостаточном количестве смазки или ее полном отсутствии в момент запуска. Сухое пленочное покрытие наносится как правило на юбки поршней, вкладыши и шейки, штоки впускных и выпускных клапанов, пружины клапанного привода, шатуны, рокера и кулачки распределительного вала.

Сухие пленочные смазки с содержанием молибдена ориентированы на удержание масла. Даже при достаточно высоких нагрузках масло не вытесняется с поверхностей, обработанных подобными составами и губительного контакта металла о металл не происходит. Кроме этого покрытие на молибденовой основе способствует увеличению прочности масляной пленки, что также способствует снижению трения и уменьшает износ деталей.

Один из производителей составов для покрытия компонентов двигателя сообщает о гонке, на которой у участника, занявшего второе место, в середине гонки сломался привод масляного насоса. Давление в системе упало ниже допустимого уровня. Тем не менее пилот закончил гонку. Когда механики разобрали двигатель, оказалось, что обработанные составом поршни, вкладыши и шатуны не пострадали. Поврежденный привод насоса был исправлен, а двигатель собран без капитального ремонта. Через неделю после этого пилот выиграл следующие соревнования. И таких историй – множество.

Безусловно, заменить масляной пленки такое покрытие не в состоянии, но оно дает резерв времени, позволяющий принять срочные меры для предотвращения серьезных повреждений. Именно поэтому покрытия столь популярны среди гонщиков всех разновидностей. Обработанные подобными составами вкладыши вала – оптимальный выбор для любого высокооборотистого транспортного средства. Поршни, с обработанными юбками замечательно противостоят регулярному перегреву, от которого страдают двигатели в городском режиме движения.

Сухая пленочная смазка увеличивает диаметр юбки поршня в среднем на 0,025 мм. Это достаточно часто вызывает вопросы, каким образом это увеличение сказывается на тепловом зазоре поршня. Производители поршней как правило не рекомендуют изменять величину зазора в связи с установкой поршней с покрытием. Для просчета зазора необходимо пользоваться цифрами, указанными производителем на упаковке, а не реальным диаметром поршня с покрытием. Толщина же покрытия, наносимого на вкладыши – еще тоньше и составляет 0,005 мм и меньше. Такая толщина покрытия настолько незначительна, что говорить о каких-либо специальных операциях по восстановлению необходимого зазора не приходится.

С течением времени покрытие любого компонента двигателя стирается. Однако происходит это достаточно медленно и даже минимальное содержание сухой пленочной смазки на детали значительно повышает ее защищенность от повреждения в результате контакта металла о металл.

Одно из наиболее распространенных заблуждений, связанных с сухими пленочными покрытиями – подобная обработка металла снижает силу трения и позволяет выиграть несколько дополнительных лошадиных сил мощности. Это правда, но при одном условии - если между трущимися поверхностями абсолютно отсутствует смазка. Однако пока смазка присутствует, покрытие ни в коей мере не снижает трения и не улучшает характеристик смазочного материала. Некоторое количество лошадиных сил можно выиграть, обработав специальным пленочным покрытием противовесы коленвала. По мнению некотрых специалистов, такая операция позволяет сэкономить 8-10 л.с. На скорости вращения вала 7500 обмин. Благодаря покрытию масло не так сильно нагревается и пенится.

Сухие пленочные смазки вообще снижают рабочую температуру масла не 10-15 градусов, что позволяет пользоваться менее вязким маслом не опасаясь выйти за опасную грань. Менее вязкое масло меньше тормозит движущиеся части, что позволяет получить выигрыш в мощности и динамике.

Сухие пленочные смазки, содержащие в своем составе тефлон (PTFE) относятся к классу маслоотталкивающих покрытий – сам тефлон является низкофрикционным материалом, отталкивающим масло. По этой причине некоторые производители не рекомендуют такие покрытия для вкладышей и юбок поршней. Выход из этой ситуации был найден в виде комбинированного тефлоново-молибденового покрытия. Молибден прочно удерживает пасло не поверхности, а тефлон успешно противостоит трению в случае внезапного падения давления масла в системе.

Сухие пленочные покрытия могут эффективно использоваться для охлаждения впускных коллекторов и головок блока цилиндров. Благодаря этому удается снизить уровень сепарации воздушно-топливной смеси, формула некоторых пленочных покрытий позволяет им выполнять функцию теплоизолятора и теплового барьера.

Покрытия позволяют защитить компоненты двигателя и увеличить КПД благодаря еще одному своему важному свойству – способности отражать тепловую энергию. Высокое содержание керамического наполнителя обеспечивают покрытию теплоизолирующие свойства. Соответственно, участки, страдающие от перегрева и обработанные подобным составом будут защищены от него. Это актуально для головок поршней, канавок поршневых колец, фасок впускных и выпускных клапанов, поверхностей коллекторов и т.д.

Если термоотражающим покрытием обрабатывается головка поршня, излишняя тепловая энергия отражается обратно в камеру сгорания. Это способствует лучшему сгоранию смеси и выработке большего количества “полезной” энергии. Перегретая головка поршня не становится катализатором таких нежелательных явлений как преждевременное зажигание и детонация.

Толщина термоотражающего покрытия составляет как правило 0,025-0,075 мм. Особенно полезным оказывается обработка компонентов турбированных двигателей и двигателей с компрессором. В процессе работы таких двигателей вырабатывается огромное количество тепла, способного привести к повреждениям определенных компонентов.

Рабочая температура впускных и выпускных клапанов, обработанных термоотражающими покрытиями снижается достаточно ощутимо. Некоторые производители пленочных покрытий рекомендуют обрабатывать сухими пленочными смазками также шток и обратную сторону тарелки клапана. Это должно улучшить смазываемость и снизить износ направляющей. Подобное покрытие титановых клапанов защищает их от эрозии. Кроме этого покрытие препятствует отложению препятствующего свободному течению воздуха.

Обработка внутренней поверхности камеры сгорания, особенно двигателей с алюминиевыми головками блоков препятствует чрезмерному накоплению тепла головкой. Таким образом повышается эффективность сгорания, увеличивается мощность и снижается температура охлаждающей жидкости в системе. Обрабатывается как правило вся поверхность камеры сгорания и выпускные порты. Снижение рабочей температуры стандартного атмосферного двигателя на 10 градусов увеличивает мощность на один процент, турбированного же или оборудованного компрессором – на два процента.

Участок, где термический барьер показывает наилучшие результаты – выпускные коллекторы. Обработанные термозащитными составами, коллекторы не накапливают в себе тепловой энергии, благодаря чему выхлопные газы проходят в них с большей скоростью и не создавая обратного давления. Результат – лучшая вентиляция коллектора и меньше потерь мощности, особенно на высоких оборотах.

После обработки коллектора термозащитным составом ощутимо снижается температура его внешней поверхности, что положительно сказывается на состоянии всего подкапотного пространства и снижает риск возгорания посторонних предметов, попадающих на коллектор. Один из производителей термозащитных составов, утверждает, что обработанный выпускной коллектор можно красить термоустойчивой краской. И краска не будет обгорать даже после значительного пробега.

Покрытие для выхлопной системы внешне бывает похожим на хромирование. В этом случае оно выполняет больше декоративную и антикоррозионную функцию чем теплоотражающую. Хотя отчасти оно защищает и от перегрева. И наоборот, темное серое или почти черное матовое покрытие предназначено в первую очередь от перегрева и лишь отчасти как защита от коррозии. Некоторые производители делают покрытия многослойными, что позволяет объединить свойства различных типов покрытий. Основная масса покрытий выхлопной системы наносится путем распыления. Благодаря такому способу нанесения покрытие образует с металлом основы прочное соединение. Несколько менее надежную защиту обеспечивают краскоподобные покрытия.

Покрытие хромом – в корне отличающийся процесс. Коллектор или любая другая деталь погружается в кислотную ванну и затем на ее поверхность путем электролиза наносится слой хрома. Хром обеспечивает надежную защиту от перегрева, однако покрытие такого типа неприменимо для клапанных крышек и масляных поддонов. Хромированная поверхность не имеет к сожалению достаточной устойчивости к воздействию агрессивной внешней среды и не может защитить детали от коррозии.

Некоторые типы покрытий разработаны именно для интенсивного рассеивания тепловой энергии, накапливающейся в обработанном компоненте. Эти покрытия могут быть сухими пленочными смазками и выполнять двойную функцию. Такого типа пленки идеально подходят для обработки внешней и внутренней поверхности масляных поддонов, обработанный ею металл рассеивает на порядок большее количество тепловой энергии, чем покрашенный специальной краской или просто полированная поверхность. Срок службы клапанных пружин также существенно увеличится, если обработать их сухим пленочным покрытием с функцией рассеивания тепловой энергии.

При нагревании пружины сила, с которой она воздействует на клапан, снижается. Соответственно, любой фактор, снижающий рабочую температуру пружины клапанного привода, увеличивает ее силу, снижает риск ее уставания и преждевременного выхода из строя. Тепловая энергия поглощается пружинами от головки блока, а также вырабатывается самой пружиной при контакте отдельных витков друг с другом. Как показывают исследования, покрытие пружины сухой пленочной смазкой, рассеивающей тепло, увеличивает срок службы пружины от двух до десяти раз! Впечатляющий результат.

Еще один участок, где обработка рассеивающим тепло покрытием обеспечивает также высокий результат – верхняя часть впускного коллектора, внутренняя и внешняя сторона масляного поддона, клапанная крышка и кожух передачи газораспределительного фильма.

Покрытия, имеющее в составе высокое содержание PTFE (тефлона) или материала со сходными свойствами, относятся к классу маслоотталкивающих. Обработанные такими составами поршни (нижняя часть), шатуны, балансировочные валы, клапанные крышки и некоторые другие компоненты не накапливают на себе масла, что положительно сказывается на охлаждении и работе всей масляной системе – маслянный насос не испытывает “голодания”, скорость течения масла в системе увеличивается, что положительно сказывается на работоспособности двигателя в целом.

Что касается рекомендаций относительно выбора покрытия для компонентов двигателей, то дать их практически невозможно. По возможности нужно опросить максимальное количество торговых представителей и сделать выбор на основе их описаний. Важно четко определить особенности эксплуатации автомобиля (таскать прицепы или участвовать в гонках) и то, что же ожидается от покрытия.