×
27.11.2014
216.013.0aa7

ИЗНОСОСТОЙКИЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЛАК ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002534135
Дата охранного документа
27.11.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение касается покрытия для поршней, в частности покрытия для направляющей части поршня двигателя внутреннего сгорания. Композиция для покрытия поршня содержит: а) термически отверждаемую фенольную смолу, b) по меньшей мере, один твердый смазочный материал, выбранный из группы, состоящей из графита, MoS, WS, BN и ПТФЭ и c) углеродное волокно. Композиция применяется для минимизации потерь на трение в двигателе внутреннего сгорания. Полученное покрытие характеризуется предпочтительной износостойкостью и предпочтительным коэффициентом трения. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение касается покрытия для поршней, в частности, покрытия для направляющей части поршня двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Покрытия для направляющей части поршня должны характеризоваться высокой износостойкостью при одновременно низком коэффициенте трения. В особенности, высокая сопротивляемость или износостойкость требуется при режиме работы двигателя с высоким износом, как, например, при повторяющихся запусках холодного двигателя. При этом прежде всего следует избегать изнашивания покрытия в нагруженных областях направляющей части поршня.

Из уровня техники известны различные покрытия для поршней двигателей внутреннего сгорания.

Так, в US 5486299 описана композиция смазочного материала для покрытия поверхности поршней и/или цилиндров двигателей, которые в качестве топлива используют спирт или продукты, основанные не на нефти. Эта композиция смазочного материала включает смесь из графита, MoS2, ПТФЭ в матрице из полиамидимидной смолы (ПАИ-смолы).

В европейской заявке EP 1469050 A1 описана композиция для покрытия поршней, которую получают смешением неотвержденного полиамидимида (ПАИ) с твердым смазочным материалом, как, например, ПТФЭ, порошок оксида титана, и силановым аппретом.

В заявке Германии DE 102005026664 A1 также описано покрытие для поршней на основе ПАИ-лака. Это покрытие не содержит ПТФЭ и содержит 5-15 вес.% сульфида цинка, 5-15 вес.% графита или MoS2 и 5-15 вес.% TiO2. Как сульфид цинка, так и TiO2 могут быть использованы в форме мелких частиц с размером частиц ≤0,7 мкм.

В заявке Германии DE 4343439 A1 описано устройство из поршней, которое характеризуется поршнем с рельефно сформированной направляющей частью поршня с перегородками, покрытым твердым смазочным материалом из графита, MoS2, BN в эпоксидной смоле.

В EP 0976795 A2 описан смазочный материал для шарниров или др., защищающий от коррозии, который в качестве смазки содержит смесь из фенольной смолы, эпоксидной смолы, поливинилбутиральной смолы и полиолефинового воска. Далее покрытие содержит частицы алюминия, цинка или фосфат металла в качестве ингибитора коррозии и растворитель.

В заявке Германии DE 10329228 A1 описан композиционный материал для подшипника скольжения с полимерной матрицей, которая может состоять, например, из эпоксидной смолы или ПЭЭК (полиэфирэфиркетона). В эту полимерную матрицу введены наполнитель и наноразмерные частицы. В качестве наполнителя могут быть использованы арамидные волокна, стекловолокно, углеродные волокна, стеклянные шарики, ПТФЭ, графит и силиконы (Silkone). Наноразмерные частицы могут быть образованы из TiO2, Al2O3, MgO, ZeO2, SiC, Si3N4, BN, стекла и металлических твердых сплавов.

Сущность изобретения

В основе изобретения лежит задача изготовить композицию для покрытия поршней, которая характеризуется улучшенной износостойкостью и сводит к минимуму потери на трение в двигателе.

Эта задача решается посредством композиции для покрытия согласно пункту 1 формулы изобретения.

Неожиданно оказалось, что такие композиции дают покрытия для поршней с малыми потерями на трение, износостойкие и хорошо прилипающие, в особенности покрытия для направляющей части поршня, свойства которых равноценны по сравнению с системами из уровня техники или даже превосходят их.

Композиция согласно изобретению включает термически отверждаемую фенольную смолу. Термически отверждаемые фенольные смолы, так называемые резолы, в противоположность новолакам, могут сшиваться через гидроксильные группы. Предпочтительно используют фенольные смолы со средним молекулярным весом 500-1500 г/моль.

В одной предпочтительной форме выполнения композиция согласно изобретению далее включает эпоксидную смолу. Добавка эпоксидной смолы в общем улучшает прилипание слоев на металлические поверхности, а также их эластичность. Для этой цели предпочтительно используют эпоксидные смолы на основе бисфенола А с молекулярным весом 2000-4000 г/моль и эпоксиэквивалентом >700 г/моль.

В рамках изобретения эти смолы предпочтительно используют в качестве раствора в растворителе. Выбор растворителя в основном ориентируется на способ применения лака и не оказывает влияния на свойства отвержденного покрытия. Покрытие поршней часто проводят методом трафаретной печати. Для этого применения особенно предпочтительны растворители с высокой температурой кипения. Пригодными растворителями являются, например, бутилгликольацетат, этилгликольацетат, дипропиленгликоль, простой бутиловый эфир дипропиленгликоля, бутоксиэтанол.

Фенольная смола и, факультативно, эпоксидная смола альтернативно также могут быть использованы в виде разбавленных водных дисперсий.

В качестве твердого смазочного материала используют композицию графита, MoS2, WS2, BN и/или ПТФЭ. При этом специалистом с помощью твердого смазочного материала могут быть введены известные свойства. Предпочтительно используют графит со средним размером зерен 1-100 мкм, особенно предпочтительно 5-50 мкм. Дисульфид молибдена предпочтительно используют со средним размером зерен 0,1-50 мкм, особенно предпочтительно 0,1-10 мкм. Нитрид бора в гексагональной модификации предпочтительно используют со средним размером зерен в области 1-100 мкм, особенно предпочтительно в области 1-20 мкм. Исходный политетрафторэтилен (ПТФЭ) предпочтительно используют со средним размером зерен 1-100 мкм, особенно предпочтительно 1-20 мкм.

Если в качестве твердого смазочного материала используют графит, то его предпочтительно используют в количестве 2-8 вес.% в расчете на общий вес композиции.

Если в качестве твердого смазочного материала используют MoS2, то его предпочтительно используют в количестве 10-20 вес.% в расчете на общий вес композиции.

Размер зерен вышеупомянутого твердого смазочного материала может быть измерен посредством метода светорассеяния известным специалисту способом.

Кроме того, композиция согласно изобретению содержит углеродное волокно. Предпочтительно его используют в количестве 2-10 вес.%, в особенности 3-8 вес.% в расчете на общий вес композиции. Предпочтительным является углеродное волокно со средней толщиной волокна ≤100 мкм, предпочтительно 1-10 мкм, а также со средней длиной волокна ≤1000 мкм, предпочтительно 10-500 мкм. Композиция согласно изобретению также может содержать так называемые углеродные нановолокна, средняя толщина которых, в противоположность традиционному углеволокну, лежит ниже 1 мкм, предпочтительно в области 10-500 нм. При этом толщину и длину традиционного углеволокна определяют с помощью оптического микроскопа. У углеродных нановолокон эти размеры могут быть определены с помощью растровой электронной микроскопии.

Помимо вышеназванных компонентов композиция может содержать присадки и вспомогательные вещества, как, например, присадки, способствующие растеканию, пеногасители, смачиватели, диспергаторы или также присадки для улучшения реологии.

Особенно предпочтительные формы выполнения композиций для покрытий согласно изобретению приведены в следующих таблицах (количественные данные в г/100 г общей рецептуры; количество смолы в расчете на содержание твердого вещества):

г/100г А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7
Фенольная смола 15-25 15-25 15-25 15-25 25-30 25-30 10-15
Эпоксидная смола 10-15 10-15 10-15 10-15 15-25
Графит 9-14 6-8
MoS2 9-14 12-16 12-16
BN 9-14
ПТФЭ 9-14 6-8
C-волокно 6-8 6-8 6-8 6-8 7-9 7-9 6-8
C-нановолокно
Al2O3 1-2
TiO2
Растворитель/
присадки
38-60 38-60 38-60 38-60 45-56 43-55 36-57

г/100г А8 А9 А10 А11
Фенольная смола 10-15 10-15 10-15 10-15
Эпоксидная смола 15-25 15-25 15-25 15-25
Графит 4-6 4-6 4-6 9-14
MoS2 12-18 12-18 12-18
BN
ПТФЭ
C-волокно 4-6 4-6 6-8
C-нановолокно 3-5
Al2O3
TiO2 6-8
Растворитель/присадки 30-55 22-49 31-56 38-60
Al2O3: дисперсия наночастиц керамического оксида алюминия
TiO2: дисперсия диоксида титана (рутил); дисперсность <5 мкм

Далее изобретение поясняется с помощью примеров, причем эти примеры не должны ограничивать объекты изобретения.

Примеры

Все количества даны в вес.% в расчете на общую рецептуру. Количество смолы относится к содержанию твердого вещества. Количество присадок и вспомогательных веществ дано в расчете на поставленную форму (Lieferform).

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
Фенольная смола 20 20 20 20 26 26 12
Эпоксидная смола 13 13 13 13 19
ПАИ
Графит 11 7
MoS2 11 14 14
BN 11
ПТФЭ 11 7
C-волокно 7 7 7 7 8 8 7
C-нановолокно
Al2O3 1,5
TiO2
Растворитель/
присадки
49 49 49 49 52 50,5 48
Содержание твердого вещества 51 51 51 51 48 49,5 52

B8 B9 B10 B11 Ср1 Ср2
Фенольная смола 12 12 12 13 12
Эпоксидная смола 19 19 19 19 19
ПАИ 30
Графит 4 4 4 11 18 15
MoS2 14 14 14
BN
ПТФЭ
C-волокно 5 4 6 7
C-нановолокно 5
Al2O3
TiO2 6
Растворитель/
присадки
46 41 46 51 51 48
Содержание твердого вещества 54 59 54 49 49 52

ПАИ: термически отверждаемая полиамидимидная смола
Al2O3: дисперсия наночастиц керамического оксида алюминия
TiO2: дисперсия диоксида титана (рутил); дисперсность <5 мкм

Трибологические свойства слоев исследовали с помощью триботестера Cameron Plint TE-77 (тест на износостойкость посредством вибрации). Для этого образцы алюминия покрывали составами лака согласно изобретению и измеряли коэффициенты трения слоев в сопряжении с чугунным литьем в качестве сопряженного элемента. Измерения проводили под нагрузкой 150 Н и при частоте колебаний 25 Гц в незамасленном (unbeölt) состоянии.

Помимо коэффициента трения, решающее значение имеет износостойкость покрытия при условиях работы двигателя. Для этого соответствующие поршни подвергали тесту на износостойкость на испытательном стенде двигателей. Он состоял из 50 следующих друг за другом запусков холодного двигателя при -10оС в стандартном 4-цилиндровом бензиновом двигателе. Об истирании покрытия из лака для смазки на направляющей части поршня в этом тесте судили визуально и оценивали в баллах от 1 до 5. При этом балл 1 означал, что нет видимого истирания слоев, а балл 5 - высокое истирание вплоть до материала поршня во всей нагруженной области направляющей части поршня.

B1 B2 B3 B4 B5 B6
Коэффициент трения 0,14 0,14 0,18 0,17 0,12 0,13
Оценка износа* 2 2 3 3 1 2

B7 B8 B9 B10 B11
Коэффициент трения 0,17 0,14 0,15 0,17 0,14
Оценка износа* 2 2 2 2 2

Ср1 Ср2
Коэффициент трения 0,19 0,24
Оценка износа* 4 3
*Оценка: 1: низкий износ, … 5: высокий износ

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-6 из 6.
10.11.2014
№216.013.04e6

Способ и устройство для изготовления поршня для двигателя внутреннего сгорания, а также поршень для двигателя внутреннего сгорания

Группа изобретений включает способ изготовления поршня для двигателя внутреннего сгорания, устройство для его осуществления и поршень для двигателя внутреннего сгорания, изготовленный упомянутым способом. При изготовлении поршня вначале выполняют в нем проточку для образования будущего канала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532652
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.02.2016
№216.014.e970

Поршень для применения в двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к поршням для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Поршень (10) для ДВС содержит юбку (24) поршня, включающую в себя стенки (12) юбки (24) и коробчатые стенки (16). Стенки (12) юбки (24) и коробчатые стенки (16) ограничивают выемку (20)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575502
Дата охранного документа: 20.02.2016
10.04.2016
№216.015.2ce5

Устройство для отливки поршня для двигателя внутреннего сгорания и способ изготовления отлитого поршня для двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к литейному производству. При отливке поршня двигателя внутреннего сгорания выполнение отверстия для поршневого пальца осуществляют посредством устройства, содержащего передвигающуюся линейно пиноль (10) и передвигающийся линейно и под углом к пиноли (10) шибер (12)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579863
Дата охранного документа: 10.04.2016
27.08.2016
№216.015.508d

Способ и устройство для штамповки изделий

Изобретение относится к штамповке изделий. Способ включает стадии транспортировки множества изделий (2) вдоль первого пути (4) перемещения; разделения потока транспортировки по меньшей мере на две параллельные линии транспортировки, чтобы осуществлять транспортировку множества изделий (2) вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595726
Дата охранного документа: 27.08.2016
20.01.2018
№218.016.19ec

Способ изготовления поршня для двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано при изготовлении поршня (10) для двигателя внутреннего сгорания. Край и/или дно полости (14) камеры сгорания подвергают обработке оплавлением, глубину которой изменяют в окружном направлении. Силу тока, напряжение, скорость подачи и/или расстояние от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636424
Дата охранного документа: 23.11.2017
25.08.2018
№218.016.7ef0

Облегченная конструкция поршня дизельного двигателя

Изобретение относится к машиностроению, а именно к поршням для двигателей внутреннего сгорания. Поршень (10) для двигателя внутреннего сгорания содержит дно поршня (10), цилиндрическую головку поршня (10), примыкающую к дну поршня (10), и по меньшей мере частично полую направляющую юбку (40)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664721
Дата охранного документа: 22.08.2018
Показаны записи 1-6 из 6.
10.11.2014
№216.013.04e6

Способ и устройство для изготовления поршня для двигателя внутреннего сгорания, а также поршень для двигателя внутреннего сгорания

Группа изобретений включает способ изготовления поршня для двигателя внутреннего сгорания, устройство для его осуществления и поршень для двигателя внутреннего сгорания, изготовленный упомянутым способом. При изготовлении поршня вначале выполняют в нем проточку для образования будущего канала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532652
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.02.2016
№216.014.e970

Поршень для применения в двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к поршням для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Поршень (10) для ДВС содержит юбку (24) поршня, включающую в себя стенки (12) юбки (24) и коробчатые стенки (16). Стенки (12) юбки (24) и коробчатые стенки (16) ограничивают выемку (20)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575502
Дата охранного документа: 20.02.2016
10.04.2016
№216.015.2ce5

Устройство для отливки поршня для двигателя внутреннего сгорания и способ изготовления отлитого поршня для двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к литейному производству. При отливке поршня двигателя внутреннего сгорания выполнение отверстия для поршневого пальца осуществляют посредством устройства, содержащего передвигающуюся линейно пиноль (10) и передвигающийся линейно и под углом к пиноли (10) шибер (12)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579863
Дата охранного документа: 10.04.2016
27.08.2016
№216.015.508d

Способ и устройство для штамповки изделий

Изобретение относится к штамповке изделий. Способ включает стадии транспортировки множества изделий (2) вдоль первого пути (4) перемещения; разделения потока транспортировки по меньшей мере на две параллельные линии транспортировки, чтобы осуществлять транспортировку множества изделий (2) вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595726
Дата охранного документа: 27.08.2016
20.01.2018
№218.016.19ec

Способ изготовления поршня для двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано при изготовлении поршня (10) для двигателя внутреннего сгорания. Край и/или дно полости (14) камеры сгорания подвергают обработке оплавлением, глубину которой изменяют в окружном направлении. Силу тока, напряжение, скорость подачи и/или расстояние от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636424
Дата охранного документа: 23.11.2017
01.03.2019
№219.016.cc17

Способ нанесения покрытий на металлические поверхности смесью, содержащей по крайней мере два силана

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на металлическую поверхность водным составом, содержащим а) не менее чем один гидролизующийся и/или по крайней мере частично гидролизованный свободный от фтора силан, б) не менее чем один гидролизующийся и/или по крайней мере частично...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002357003
Дата охранного документа: 27.05.2009
+ добавить свой РИД