Никасил — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 мая 2016; проверки требуют 11 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 мая 2016; проверки требуют 11 правок.Никасил — липофильный никелькремниевый сплав, получаемый методом электрофоретического осаждения и применяемый для защиты поверхности цилиндров в двигателях внутреннего сгорания.
Название — акроним от НИкель, КАрбид и СИЛициум.
Nikasil разработал немецкий производитель Mahle в 1967 году. Изначальная цель — использование для уплотнения вершин ротора, апекса роторных двигателей (NSU Ro 80, Citroën GS Birotor и Mercedes C111).[1] Это покрытие используется при работе алюминиевых цилиндров и поршней, минимизируя их износ и трение. В отличие от других способов, в том числе применение чугунных гильз цилиндров, никасиловое покрытие позволяет изготовлять двигатели без гильз, что, в свою очередь, даёт возможность использовать бóльшие диаметры цилиндров. Алюминиевые блоки имеют бóльшую теплопроводность, нежели чугунные, что важно для реализации высокой выходной мощности двигателя. Покрытие получило дальнейшее развитие благодаря американской корпорации Chrome в начале 1990-х годов (торговое название «Nicom»), использовавшей его как замену хромированным цилиндров для двигателей, и при ремонтной замене на снегоходах, мотоциклах, квадроциклах, гидроциклах и автомобилях с заводскими хромированными цилиндрами.
Никасил — сплав никеля и карбида кремния. Карбид кремния — очень твёрдый материал (намного твёрже стали), который может быть сплавлен с никелем. На поверхность алюминиевого цилиндра никель наносится гальваническим способом. Так как поршневые кольца могут протереть никелевый слой, для большей защиты алюминиевого поршня от прямого контакта с алюминиевым цилиндром наносится очень твёрдый слой карбида кремния. После расточки цилиндр необходимо покрыть сплавом, но, так как никасиловое покрытие очень прочное, алюминиевый цилиндр растачивается намного реже, чем железный или хромированный. [2]
Porsche в 1970 году начала использовать никасил на гоночных автомобилях Porsche 917, а позже, в 1973 году и на модели 911 RS. Porsche также использовали его на серийных автомобилях, но в течение короткого времени перешли на алюсил за счет экономии средств. Никасиловые цилиндры всегда использовались для моделей 911 Turbo и RS. Алюминиевые цилиндры с никасиловым покрытием позволили Porsche создать двигатели с воздушным охлаждением, которые имели самую высокую удельную производительность среди двигателей своего времени. Никасил до сих пор используется в современных 911.
Никасил стал очень популярным в 1990-х годах. Он использовался такими компаниями, как Audi, BMW, Ferrari, Jaguar и Moto Guzzi в своих новых сериях двигателей. В 1981 году компанией Moto Guzzi было запатентовано собственное покрытие, названное Нигусил. Тем не менее, сера, которая находится в низкокачественном бензине, в большей части мира, вызвала с течением времени разрушение никасила в некоторых цилиндрах, что приводило к дорогостоящему ремонту двигателя.
Никасил или аналогичные покрытия под другими торговыми марками до сих пор широко используются в гоночных двигателях, в том числе на Формуле 1 и Champ Car. Suzuki в настоящее время использует на гонках проверенное никелевое фосфор-кремний-карбидное запатентованное покрытие торговой марки SCEM (Suzuki Composite Electro-chemical Material) для максимального диаметра цилиндров и отвода тепла, например, на мотоциклетных двигателях Suzuki моделей TL1000S, V-Strom 650, TU250X, Hayabusa и GSX-R.[4]
Автомобильные двигатели, использующие никасиловое покрытие:
Снова про Никасил, который Алюсил: bmwservice — LiveJournal
Парадокс в следующем: многие до сих пор, как ни странно это звучит, изрядно наслышаны о проблемах с «никасилом».
Все это очень странно: в мировом моторостроении «никасиловый» эпизод BMW (больше никто тогда массово не замарался — BMW были передовиками) занял всего лишь пару лет периода 1992-1994 года — мимолетный фрагмент истории, в который вряд ли вообще попал кто-то из соотечественников. Но если это именно ваш случай, вы реально меняли блок «по гарантии» импортированного из США автомобиля марки BMW в это время, вам положен не иначе как пожизненный абонемент в мировые музеи BMW, как экспонату.
Несмотря на то, что Никасил определенно мертв, дело его живет… в «алюсиле». Именно «никасилом» малограмотный ремонтник зачастую именует все проблемы совершенно иного покрытия (иной и принцип и, как бы так выразиться, смысл). Подробнее об этом было, например, здесь.
А теперь мораль и выводы.
Но сначала напомню:
Именно так, по мнению американских юристов, сера из сгоревшего, или же, вероятно, не целиком сгоревшего топлива, проникая, как видно, на приличную глубину, стремительным домкратом крошит (скалывает) металлические поверхности. Что в целом вполне себе отражает представления мировых акул юриспруденции о металловедении и двигателестроении в целом.
Но вы с трудом не меньшим, чем сере это чудо удается, найдете едва ли пару таких картинок, несмотря на всю якобы популярность тематики.
Мне все это живо напоминает ситуацию с другим мегапопулярным среди специалистов чудом — LSPI. Здесь такая же черная дыра — явление, как утверждают, мегапопулярное: вся маслоиндустрия под него уже живо перестраивается, допуски изобретает, а реальных фотографий чуда в сети НЕТ. Все что есть (обе две) не имеют к нему никакого отношения, если, конечно, верить в правдоподобность описания этого явления самими же устроителями праздника.
Ну а теперь, наконец-таки, про Алюсил.
И вот вам парадокс: общеизвестно, что все без исключения V-образные блоки первых поколений алюсила — «драные». Объясняется загадка довольно просто: покрытие, как вы уже знаете, очень мягкое. Колечки туда, по первости, ставили довольно хлипкие — чтобы не дай б не закорябать. Да и вообще — конструкции «новой генерации» всегда чем-нибудь, да страдают — это же конструкция «с чистого листа». И первое поколение бетатестеров пострадало во весь рост — кинематика движения поршней в V-образном блоке буквально шлепает поршнем по нижней плоскости. Так что вот вам (далеко не полная) табличка:
Период 2002-2009:
BMW семейство N62 — массовые проблемы с задирами блока в перекладке.
VAG-Porsche (955-957) — семейство M48 — массовые проблемы с задирами блока в перекладке.
Mercedes семейство M272/M273 — массовые проблемы с задирами блока в перекладке.
Цилиндры этих автомобилей к 100.000 км пробега буквально перепаханы:
Все пруфы в гугле.
Смешнее другое: форумы и пресса наперегонки выдвигают столь абсурдные причины, что хочется их познакомить и запереть в одной комнате.
Журнал «За рулем», например, понятия не имеет, что цилиндры фактически беззазорно уплотнены кольцами, или же никогда не видел протяженность такого задира. А если и видел — вообще не пробовал думать. Если бы видел и пробовал — такую ахинею постеснялся бы публиковать. О любом «закорябывании» поверхности цилиндра чем-угодно можно рассуждать исключительно после осмотра протяженности «трассы» от виртуально попавшей в мотор частички чего-либо и построения логической цепочки без фантазий.
Не отстают и авторитетные механики:
Мне вот что нравится: «низкокачественный 98 и/или…» это синонимичная связка — тут одна формула «залил бензин — получил задиры» работает.
Короче, о чем статья: «Никасил» жил буквально пару лет, его мало кто живьем застал, а пугают им до сих пор. Алюсил жил гораздо дольше, ущерба от него не в пример больше — думаю, что миллионы моторов на фоне нескольких тысяч «никасиловых», а об этом в целом сохраняется общее помалкивание. V-образных двигателей первого поколения «алюсиловой волны» без проблем практически не бывает. Проблема решена (несколько поправлена) или в рестайле, или же при принудительной замене двигателя/поршневой на новое поколение. Спасения — нет, как нет уже и «алюсила» в мировом производстве блоков.
Сравнение алюминиевых и чугунных двигателей: плюсы и минусы
Какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный?
В последние годы стало модно перед покупкой автомобиля смотреть на его внешность, форму, интерьер и различные функции. Двигатель и коробки передач вместе с подвеской как-то незаметно стали отходить на второй план. Но это неправильно. Ведь автомобиль – это не модный новый смартфон или телевизор. Для любого транспортного средства двигатель – это его сердце, без которого он не может осуществлять свою главную функцию. Тем не менее все еще есть водители, которые перед покупкой машины тщательно изучают ее техническо-механическую часть. Но многие в итоге сталкиваются с дилеммой при выборе двигателя, задавая себе непростой вопрос: а какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный?
Смотрите также: Почему двигатели автомобилей не плавятся?
Да-да, современный авторынок может вынести мозг любому автолюбителю при выборе автомобиля. Это раньше было просто: выбрал марку, модель, один из нескольких движков – и все. Теперь же количество различных технологий в современных автомобилях, наверное, уже скоро обгонит количество технологий в космическом аппарате Аполлон, слетавшем на Луну.
Этот посадочный модуль Appolo точно не был сделан из чугуна
Многие из наших читателей знают, что в последние годы в автомире становится все меньше машин с чугунными двигателями. На их смену пришли легкие алюминиевые моторы. В итоге автолюбители во всем мире поделились на два лагеря, один из которых рьяно доказывает другому, что алюминиевые двигатели хуже старых чугунных. В одной из прошлых наших статей мы уже подробно разобрали преимущества и недостатки новых и старых моторов. Сегодня же мы решили кратко поговорить о том, какие все-таки движки лучше – алюминиевые или чугунные.
На первый взгляд, алюминий лучше обычного чугуна. Именно поэтому многие автолюбители и эксперты считают, что алюминиевые моторы имеют преимущество перед старыми, полагая, что чугунные моторы – это отсталая технология. На самом деле эта идея совершенно неверна и подобное мнение крайне однобоко.
Давайте же познакомимся с разницей между алюминиевыми и чугунными двигателями. Алюминиевые и чугунные моторы называют так в зависимости от того, из какого материала сделан блок цилиндров двигателя. Например, если блок цилиндров сделан из чугуна, то двигатель считается чугунным. И даже если в нем будет использоваться алюминиевая головка блока цилиндров, то все равно этот двигатель будет считаться чугунным. То же самое касается и алюминиевых силовых агрегатов.
Смотрите также: Вот какие плюсы и минусы есть у различных типов двигателей: обзор
Фактически же оба типа двигателей имеют как свои преимущества, так и недостатки. Давайте кратко в виде цитат из прошлой статьи выделим преимущества и недостатки алюминиевых двигателей, которые откроют глаза тем, кто считает, что чугунные моторы – это допотопные технологии. На самом деле сбрасывать со счетов чугунные силовые агрегаты еще рано.
Преимущества алюминиевых моторов
- Существенное снижение веса двигателя, что в конечном итоге влияет на вес машины и приводит к снижению расхода топлива
- Увеличение динамических характеристик автомобиля за счет снижения веса
- Алюминиевый блок меньше подвержен коррозии (хотя редко когда вы можете увидеть коррозию в чугунных моторах, но тем не менее она бывает)
- Алюминиевый мотор легче охлаждать (лучшая теплопередача, чем у чугунных блоков двигателя)
- Требуется меньше времени для нагрева двигателя. Алюминий намного быстрее набирает температуру в отличие от чугунных моторов
- Лучше оптимизирован для работы в паре с турбиной
- Алюминий проще обрабатывать после отлива блока двигателя. Обработка чугуна намного сложнее. На производстве быстрее изнашивается обрабатывающее оборудование
Минусы алюминиевых моторов
- Сложность изготовления. Для отлива блока необходимо более сложное оборудование и технологии
- Необходимость гильзовать блок цилиндров или покрывать их специальным материалом (кремний), защищающим мотор от быстрого износа (к сожалению, алюминий уступает чугуну по прочности)
- Больше вероятность заводского брака в процессе изготовления блока двигателя
- Быстро остывает. Теплопроводность алюминия совершенно другая
- Плохая стабильность алюминиевого блока по сравнению с чугунным двигателем (алюминий при нагреве больше расширяется)
- Дороговизна переборки (ремонта двигателя). Одни двигатели нужно гильзовать, тогда как у некоторых моторов нужно восстанавливать внутреннее покрытие цилиндров. Есть также автомобили, у которых алюминиевый мотор нельзя восстановить, поскольку автопроизводители даже не удосужились выпустить ремонтные размеры поршней, колец и т. д.
- Большая себестоимость по сравнению с производством двигателей из чугуна. Дело в том, что для производства блока из алюминия нужно использовать сложные и дорогостоящие технологии для отлива
- Есть риск гальванической коррозии, когда алюминий контактирует со сталью. Например, со шпильками, гильзами цилиндров, которые изготавливаются, как правило, из стали
- Меньше каналов для циркуляции охлаждающей жидкости (так как алюминиевый блок цилиндров двигателя имеет свойства отдавать тепло быстрее, многие производители уменьшили каналы охлаждающей жидкости, необходимые для эффективного охлаждения двигателя)
- Тоньше стенки двигателя. Чугунный блок имел более толстые стенки
- Быстрый износ покрытия цилиндров двигателя (если вместо гильз производитель использует покрытие из кремния)
Итак, алюминиевые моторы легче, чем чугунные. Также алюминиевые двигатели имеют лучший теплоотвод по сравнению с чугунными блоками (лучшая теплоотдача). В результате алюминиевые моторы работают более гладко и устойчиво.
Главным же недостатком алюминиевых моторов является недостаточная прочность блока цилиндров. К сожалению, жаропрочность при высоких температурах у алюминиевых движков хуже по сравнению с чугунными. Особенно это плохо, когда двигатель небольшой, поскольку при маленьких размерах алюминиевого блока цилиндров конструкторам тяжело придать ему хорошую прочность. Но самое ужасное, что с такими алюминиевыми моторами в последние годы стало модно ставить турбину, которая также негативно влияет на температуру в двигателе, оказывая на хрупкий алюминиевый блок двигателя свое отрицательное воздействие.
Вот почему некоторые автопроизводители по-прежнему в турбированных автомобилях используют чугунные тяжелые двигатели. Так надежней и долговечней.
Также главный минус алюминиевых моторов – это их плохая ремонтопригодность. К сожалению, многие алюминиевые двигатели отремонтировать очень тяжело, в отличие от чугунных моторов, где толстый блок цилиндров легко подлежит нескольким расточкам.
Почему же тогда автомобильные компании популяризировали во всем мире алюминиевые двигатели? А все дело в экологии. Из-за постоянного ужесточения экологических норм автопроизводители вынуждены любыми способами снижать расход топлива в новых транспортных средствах, который напрямую влияет на уровень вредных выбросов в выхлопе. А согласно исследованиям, расход топлива может быть уменьшен на 6-8% при каждом снижении веса автомобиля на 10%.
Чугунный элемент двигателя
Именно поэтому последние 5-7 лет автомобильные компании постоянно ломают голову, как уменьшить вес всех автокомпонентов в транспортном средстве. В том числе, как вы уже поняли, уменьшение веса коснулось и подкапотного пространства. Так что нет ничего удивительного, что многие автомобильные компании стали так активно продвигать свои новые облегченные модели, оснащенные полностью алюминиевыми двигателями. То есть основная причина появления менее ремонтопригодных моторов – это снижение потребления топлива и вредных веществ в выхлопе транспортных средств.
Смотрите также: 8 самых известных типов двигателей в мире! Вот чем они отличаются
У чугунных моторов также есть минусы. Главный – это их вес, что существенно сказывается на расходе топлива и, конечно, на экологии. В том числе чугунные двигатели более шумные и работают более грубо. Также чугунный мотор долго прогревается и хуже охлаждается, в отличие от алюминиевого.
Так что, как видите, нельзя однозначно сказать, что алюминиевый двигатель лучше железного, также как нельзя утверждать, что современные алюминиевые моторы – полный отстой и что классические чугунные двигатели – лучшие в мире. У каждого мотора свои преимущества и недостатки!
Да, от алюминиевых моторов не стоит ожидать какого-то рекордного километража. К сожалению, у алюминиевых двигателей ресурс в любом случае меньше, чем в старых классических моторах. Но, увы, таковы реалии нашего современного мира. Вы посмотрите вокруг – а что сейчас долговечно? Вон мосты рушатся, недавно построенные, что уж говорить об одноразовых брендовых чайниках, холодильниках и духовках. Сегодня срок службы многой техники уже не может сравниться со сроком службы старой, которая могла работать почти вечно.
Из этих кусков чугуна сделают двигатель или тормозные диски
Но в любом случае при должном уходе алюминиевый мотор без проблем пройдет 300-400 тыс. км. При среднем пробеге в 30 000 км, чтобы наездить этот километраж, понадобится более 10 лет. Этого вполне достаточно, чтобы через десять лет утилизировать автомобиль или продать на вторичном рынке, чтобы приобрести себе новый автомобиль. Вы понимаете, что с ростом благосостояния населения за последние 25 лет постепенно людям становится ненужным владеть одним автомобилем 30 лет. Так что да, алюминиевые моторы имеют минусы, и причем существенные, но это не катастрофа. Хотя, конечно, если верить в конспирологию, то теория заговора автопроизводителей против потребителей все-таки имеет место. Подробнее об этом в нашей статье можете прочитать здесь.
Так что какой покупать автомобиль, решать вам. Да, вопрос выбора сегодня очень тяжелый. Но главное – не спешить. Оцените все «за» и «против» и принимайте решение разумом, а не эмоциями. Необходимо всегда анализировать полученную информацию в спокойной обстановке, чтобы сделать правильный выбор автомобиля.
Что за проблемы у М60 ,или что такое «Никасил\Алюсил»
BMW представила м60в30 и м60в40 ,V8 в `93году на 5,7и 8-сериях.Эти двигатели устанавливались до 95года включительно.
В 96году ,м60в40 был заменен на M62B44,а м60в30 на M62B35 .
М60 ,имел покрытие стенок «Никасил»,котрое разрушалось ,со временем,
под воздействием серы ,присутствующей в топливе.Это приводило к потере компрессии.
основным признаком падения компрессии в отдельных Цилиндрах,до15%,
можно считать ,падение мощности и неровный холостой ход.
В последствии,компрессия уменьшалась столь значительно,что двигатель просто не запускался.
Первым шагом в решении этой проблемы ,компании BMW ,стало
уменьшение рабочей температуры, оптимизация сгорания смеси,
с целью понижения температуры в камере сгорания.Замена термостатов.
Но проблему это не решило.
Было решено , в двигателях , в последтвии подвергающихся ремоту,
устанавливать новые поршни и кольца.
Следующим шагом стала замена блоков цилиндров по гарантии.
Дополнительной гарантии подвергались трущиеся детали двигателя
(6лет или 160.000км).На остальные детали (4года,или 90.000км).
К началу 97года, было заменено большинство блоков цилиндров
с покрытием «Никасил» ,на блоки с покрытием
Алюсил»,которому были незнакомы проблемы ,характерные для «Никасила».
Жаль,что потребовалось столько времени , что-бы вернуться
к этому материалу, который уже 10 лет использовался в производстве
двигателя М70.
Как узнать, из какого материала состоит блок цилиндров,вашего
автомобиля?
У всех м60\62 каталожный номер двигателя,находится на правой стороне,
в районе 3-го цилиндра,около сливной пробки охлаждающей
жидкости.
Могут встретиться следующие номера:
Никасил M60B30 1 725 970 or 1 741 212
Никасил M60B40 1 725 963 or 1 742 998
Алюсил M60B30 1 745 871
Алюсил M60B40 1 745 872
Алюсил M62B44 1 745 873
К сожалению не все все M62 имеют покрытие «Алюсил».
M62B44 с номером блока цилиндров 1 741 219.0 имеет покрытие Nikasil ( Никасил ) до 01/97
Схожие проблемы имели двигатели м52 с покрытием «Никасил».
Проблема ,окончательно была решена в 98 году,путем отказа от
использования покрытия «Никасил».Достойной заменой стал «Алюсил».
Цельноалюминиевые моторы, от прошлого к будущему
Алюминий и чугун, попытки совместить антиподы
Многие автовладельцы на практике убедились в том, что алюминий является легким, но очень мягким металлом. И даже современные сплавы на основе алюминия, используемые в автомобилестроении, не способны противостоять трению поршневых колец. Тем не менее, автопроизводители продолжают совершенствовать цельноалюминиевые конструкции силовых агрегатов. Их упрямство связано с теми соблазнами, которые может дать этот легкий материал. Но не только уменьшение массы является главным фактором в пользу алюминиевых моторов. В отличие от двигателей с чугунным блоком они лучше прогреваются и образуют меньше напряжений с головкой, которая в большинстве случаев делается из алюминия. На поверхности лежит простое решение основной проблемы легких двигателей. Нужно всего лишь вставить цилиндры из чугуна, чтобы обеспечить надежность и долговечность блока. Однако здесь выявляются серьезные сложности.- Конструкторы отечественных моторов ЗМЗ V8 пытались выполнить «мокрую» посадку гильзы. Однако такой способ не давал необходимой жесткости, а сам процесс запрессовки был не технологичным.
- «Сухая» гильза внедрялась в блок на стадии отливки, но обходилась очень дорого.
От никасила до алюсила
Избавить алюминиевый мотор от чугунных цилиндров помогли инновационные покрытия. Когда ученым удалось нанести на алюминий тончайшую пленку сверхтвердого карбида никеля, такой недостаток, как мягкость исчез. Технология Nikasil представляла собой гальванический метод нанесения твердого соединения. Он успешно использовался при создании таких легендарных автомобилей с роторно-поршневыми двигателями, как Porsche и NSU Ro 80. Массовое применение никасила пришлось на 90-ые годы прошлого века. Однако разочарование в технологии Nikasil пришло достаточно быстро. Массовые отказы двигателей происходили вследствие разрушения сверхтвердой пленки. Основной причиной нарушения покрытия стали химические соединения, которые образовывались при использовании высокосернистых сортов топлива. Больше всего нареканий поступало от автовладельцев Канады и США. Кроме слабой стойкости никасила к воздействию агрессивной «химии» слишком затратной оказалась и технология нанесения. Только в мотоциклетных двигателях производители продолжают использовать данное покрытие. Чтобы сделать поверхность алюминиевого цилиндра твердой и прочной, ученые предложили более инновационную и недорогую технологию Alusil. Разновидностями нового метода стали разработки Silumal и Locasil. Их принцип основан на создании своеобразного алюминиевого чугуна. Он представляет собой заэвтектический состав, где кремний содержится в очень твердых зернах. Они и противостоят трению поршневых колец. Однако и моторы с алюсилом массово выходили из строя, что ставило под сомнение работоспособность новой технологии. В чем же корень неудач цельноалюминиевых конструкций?Конструктивные недоработки цельноалюминиевых моторов
Частые выходы из строя цельноалюминиевых моторов создают впечатление непригодности гальванических покрытий. Однако практика показывает, что существуют двигатели, которые не испытывают проблем даже после полумиллионного пробега. Значит не во всем виноват алюсил? В качестве примера беспроблемных алюминиевых моторов можно привести такие агрегаты от Mercedes, как M112-M113. После внушительных пробегов в 300-500 тыс. км оказалось, что цилиндры с алюсиловым покрытием отлично сохранились. Но в то же время в коллекции мерседесовских алюминиевым моторов есть и противоположные примеры.Откровенными неудачниками стали модели М272-М273 с тем же алюсилом в качестве твердого покрытия. При тщательном исследовании этих представителей одного концерна обнаружились отличия в конструкции. В результате условия работы оказались совершенно другими, хотя технические характеристики можно назвать сопоставимыми.Самым очевидным конструктивным отличием серий M112-M113 от М272-М273 является рабочая температура. Моторы М112-М113 настроены на температурный режим 87°С, а у двигателей М272-М273 этот параметр составляет 100°С. Незначительная на первый взгляд прибавка имеет далеко идущие последствия. Изменяются условия работы не только клапанов и поршневых колец. Вентилятор М112 обеспечивает резкое охлаждение мотора, как при своевременном открытии термостата, так и при его заедании. А вот у мотора М272 электровентилятор включается только после достижения отметки 107°С, хотя термостат может открыться и раньше. В результате повышается вероятность детонации, например, когда приходится ускоряться после длительного стояния в пробках. Силовой агрегат не успевает охладиться с резким повышением нагрузки. Детонация приводит к ускоренному разрушению алюсилового упрочнения. Будущее у цельноалюминиевых моторов выглядит достаточно оптимистично. Многие конструктивные недоработки, которые негативно влияют на надежность агрегата, удалось досконально изучить. Поэтому автопроизводители смогут создавать надежные двигатели с алюсиловым покрытием цилиндров. Они будут способны преодолевать сотни тысяч километров пути без капитального ремонта. Посмотрите видеоролик — Как делают блок двигателя:
Alusil-Чугун 0:00. Парадоксы ремонта II.: bmwservice — LiveJournal
Alusil/(Silumal) в действительности является очень скользким и практически безысносным (в нормальных условиях) покрытием.
Этому есть любопытное доказательство: для обычных, гильзованных чугуном блоков, долгое время были распространены т.н. промежуточные ремонтные размеры — «на истирание хона».
В позициях запчастей BMW они обозначаются как «00». Это, как правило, около 1/3 первого ремонтного размера («восемь соток», 0,08 мм). Если при вскрытии обнаружен существенно, или почти полностью стертый хон, а вы по каким-то причинам не хотите гильзовать (растачивать) блок — подразумевается, что стоит ставить именно эти детали.
С другой стороны, по-уму тогда стоит ставить и промежуточные ремонтные поршни «00» — и становится не совсем понятно, почему бы не решить проблему с ремонтом блока, если все равно приходиться немало потратиться на новые поршни… В чем экономия? Это очень странный ремонт — «наполовину». Несколько парадоксальная логика, если вдуматься. В прочем, производитель предоставил выбор — решение же за вами.
Для нас главное, что истирание чугунных гильз производителем заведомо предусмотрено. Значит на практике, вне сомнения, происходит…
Так вот, у Alusil никаких «промежуточных» ремонтов сейчас нет, хотя в самом начале (переход на такие блоки у BMW произошел примерно в сезоне 1995-1996 г.г.)
все было тоже самое. По аналогии с чугуном. Были «00» размеры. Но были ли они востребованы?
Дело в том, что эффективная толщина рабочего маслоудерживающего слоя у блока Alusil раза в три меньше, чем пресловутые «восемь соток». Это вам не хон, в привычном понимании этого слова. Еще раз к слову о могуществе немецкой инженерной школы и педантичности нации: несколько лет выпускался никому не нужный «псевдоремонтный» допуск, который мало того не востребован на практике (это вполне простительно), так еще и, сюрприз, формально предназначен для несуществующего, в рамках технологии Alusil, режима использования. Это почти как выпускать покрышки диаметром больше колесной арки. В следующем же поколении двигателей от подобных «ремонтов» BMW отказалась.
Так вот, вернемся к Алюсилу: покрытие реально скользкое, при нормальной эксплуатации почти вечное, но очень нежное. Продуктами масляной деградации, например, прокорябывается мгновенно. Одним движением. Немного абразива в зазоре — и результат будет как на фото в заголовке этой статьи.
И вот вам еще любопытный момент: ремонтные технологии таких блоков вообще не имеют широкого распространения, хотя стандартные ремонтные размеры поршней и колец в номенклатуре производителя конечно же присутствуют. Расточить-то реально. А вот нанести покрытие, аналогичное заводскому — в российской практике примеров не знаю. Поэтому немало продуктов тонких немецких технологий ездит на чугунных гильзах…
Если рассмотреть вышенаписанное по отдельности, то везде вроде бы есть четкая производственная логика.
В совокупности же, ситуация абсурдная — BMW производит и производила тонны невостребованных запчастей, далеких от реалий практического ремонта:
а) практика ремонта «чугуна» — гильзовка/расточка. Ничего лишнего не нужно;
б) практика ремонта «алюсила» — кольца по номиналу, или же гильзовка под чугун см п.1.
Виды и технологии рабочих поверхностей блоков цилиндров
Основной момент каждой концепции алюминиевых блоков цилиндров — точное определение профиля требований. Основной структурный элемент каждой концепции — рабочая поверхность цилиндра. Поскольку при применении обычных литейных алюминиевых материалов невозможно в достаточной степени реализовать свойства трения и износа, то подбирается подходящий метод для данного случая применения, оптимальный как по сроку службы рабочих поверхностей цилиндров, так и по изготовлению, а также экономически.
Большие различия имеются, как всегда, в концепциях рабочих поверхностей бензиновых и дизельных двигателей. В то время, как развитие алюминиевых рабочих поверхностей у бензиновых двигателей продвинулось очень далеко и метод ALUSIL® широко применяется в изготовлении двигателей, он до сих пор не смог пробить себе дорогу у дизельных двигателей. Поэтому заливаемые гильзы цилиндров из серого чугуна ещё регулярно применяются у дизельных двигателей. Развитие рабочих поверхностей идёт в настоящий момент в направлении покрытия данных поверхностей железом. Это производится либо способом термонапыления (плазменное покрытие), либо дуговым методом напыления проволоки, либо способом PVD. Эти новые методы освещены подробнее в последующих главах.
Обзор различных технологий рабочих поверхностей
ALUSIL®-paбочие поверхности цилиндров
При методе ALUSIL® весь блок цилиндров состоит из заэвтектического алюминиево-кремниевого сплава. Для такого заэвтектического сплава характерно повышенное содержание кремния; у наиболее часто применяемого ALUSIL®- сплава (AISi17Cu4Mg) содержание кремния — 17%.
В противоположность заэвтектическому сплаву, эвтектический алюминиево-кремниевый сплав содержит только 12-13 % кремния. При такой доле кремния степень насыщения алюминия достигнута. Более высокая доля кремния приводит к тому, что при застывании расплава образуются первичные кристаллы кремния. Это означает, что та часть кремния, которая из-за насыщения алюминия кремнием не может войти в соединение с алюминием,выкристаллизовывается и откладывается среди (насыщенного) алюминиево-кремниевого сплава (эвтектика). Для облегчения выкристаллизования кремния в расплав добавляется небольшое количество фосфора. Кристаллы кремния растут вокруг гетерогенного алюминиево-фосфидного зародыша. Величина кристаллов кремния находится в пределах от 20 до 70 |jm. Данные первичные кристаллы кремния, соответствующим образом обработанные и раскрытые, без дополнительного армирования, образуют устойчивую к износу внутреннюю поверхность цилиндра для поршня и поршневых колец. Изображение 1: речь идёт о съёмке прозрачной плёнкой1 — здесь показана с увеличением окончательно обработанная АШЗИ®-рабочая поверхность цилиндра (механическое шлифование для раскрытия). Отчётливо видны раскрытые кристаллы, выпукло лежащие в кристаллической решётке алюминия. Кристаллы кремния вырастают тем больше, чем дольше длится процесс застывания. Благодаря различной скорости охлаждения в блоке цилиндров в нижней части цилиндров образуются несколько большие кристаллы кремния, чем в верхней части, которая, в силу конструкционных особенностей, быстрее охлаждается. На изображении 2 показана трёхмерная картина шероховатости одной окончательно обработанной .
Изображение 1 |
Изображение 2 |
0axfilm — тонкая прозрачная плёнка для прямой съёмки структур поверхностей.
На изображении 3 представлены различия строения между доэвтектическим, эвтектическим и заэвтектическим алюминиево-кремниевыми сплавами
Из-за гомогенного распределения первичного кремния во всей отливке получаются в целом худшие свойства обрабатываемости со снятием стружки и меньшая стойкость инструментов, чем у стандартных алюминиевых сплавов. Меньшая скорость резания увеличивает к тому же время обработки, что негативно влияет на производственный такт выпуска.
Данная проблема при обработке может быть решена применением режущих инструментов (PKD), оснащённых алмазами. Только для изготовления отверстий в цельном материале и при нарезании резьбы не имеется инструментов, оснащённых алмазами.
Обработка рабочих поверхностей цилиндров подробно описана, начиная от главы 3.3 под названием «Обработка алюминиевых рабочих поверхностей цилиндров».
Изображения 3
а) эвтектический
б) доэвтектический с зернистой структурой
в) доэвтектический с улучшенной структурой
г) заэвтектический
Рабочие поверхности цилиндров LOKASIL®
При методе LOKASIL® стандартный сплав для литья под давлением (напр., AISi9Cu3) обогащается локально кремнием в зоне рабочих поверхностей цилиндров. Это достигается благодаря высокопористым цилиндрическим фасонным частицам из кремния, которые вкладываются в литейную форму и при методе литья прессованием (Squeeze Casting, см. такж главу «2.2.5. Прессование») под высоким давлением заливаются в блок цилиндров. Находящийся под высоким давлением (900-1000 бар) алюминиевый сплав во время процесса литья продавливается (инфильтрируется) сквозь поры кремниевых фасонных частиц (Preform).
Необходимые для армирования рабочей поверхности цилиндра кристаллы кремния имеются, таким образом, только в зоне рабочих поверхностей цилиндров. Благодаря такому местному обогащению кремнием получают свойства рабочих поверхностей, эквивалентные ALUSIL®-MeTOfly. Благодаря меньшей доле кремния в алюминиевом сплаве получают блоки цилиндров, которые, в противоположность ALUSIL -методу, до рабочих поверхностей цилиндров очень хорошо обрабатываются резанием. На изображении 1 показывается с 20-ти, соотв., 50-кратным увеличением под микроскопом разрез блока цилиндров, изготовленного LOKASIL®-Meтодом. Отчётливо видно обогащение кремнием в зоне рабочих поверхностей цилиндров (более тёмная зона).
Изображение 1 |
Кремний-Preforms (изобр. 2) имеется в двух различных исполнениях. Различают между LOKASIL®-! и LOKASIL®-!!. Оба исполнения перед заливкой в блок цилиндров вначале ещё обжигаются в печи. При этом выгорает связка из органической смолы и активируется неорганическая связка, связывающая кристаллы кремния вплоть до заливки.
отовая комбинация материалов содержит после заливки в блок цилиндров при LOKASIL®-! примерно 5-7% волокна и 15 % кремния. При LOKASIL®-!! — это 25 % кремния и ровно 1% неорганической связки. Размеры частиц кремния при LOKASIL®-! состаляют от 30 до 70 |JM, при LOKASIL -II — от 30 до 120 |jm. На изображении 3 показана структура LOKASIL®-!, увеличенная под микроскопом. Отчётливо видны волокна, находящиеся между кристаллами кремния. На изображении 4 показана структура LOKASIL®-!!.
Изображение 2 |
Рабочие поверхности цилиндров, покрытые нитридом титана
Сранительно новый метод, не применяемый ещё в серийном производстве, представляет собой покрытие рабочих поверхностей цилиндров нитридом титана (TiN) или нитридом титана и алюминия (TiAIN). Для достижения нужной износостойкости хонингованные алюминиевые рабочие поверхности цилиндров покрываются PVD-методом («Physical Vapour Deposition»: физическое отделение газообразной фазы). Толщина покрытия относительно невелика, так что структура хонингования при покрытии остаётся. Сравнительно высокие затраты и недостаточная надёжность процесса стоят, однако, на пути широкого применения данного метода.
При применении PVD-метода испаряется в вакууме существующий в твёрдой форме материал-донор. Это происходит либо путём ионной бомбардировки, либо в форме электрической дуги. На изображении 5 схематически показано, как ионизированные ионы газа аргона выбивают из материала-донора мельчайшие частицы. Испарённые или выбитые металлические частицы движутся по баллистическим орбитам через вакуумную камеру или откладываются на покрываемых поверхностях. Длительность процесса покрытия определяет требуемую толщину покрытия. Если подвести в PVD-камеру реагирующие газы, такие, как кислород, азот, или углеводороды, то могут быть отделены также оксиды, нитриды или карбиды.
Изображение 5 |
Покрытые никелем рабочие поверхности цилиндров
С целью достижения необходимой износостойкости рабочие поверхности цилиндров покрывались в прошлом в течение некоторого времени дисперсионным слоем никеля и карбида кремния : Ni-SiC), который наносился гальваническим способом на тонко обработанную рабочую поверхность цилиндра. В качестве названий марок стали известными оба понятия — Galnikal® и Nikasil®. Толщина никелевого слоя в среднем — от 10 до 50 |jm. В данный слой интегрированы для улучшения износостойкости твёрдые фазы из карбида кремния (7-10 объёмных %). Величина зерна интегрированного карбида кремния — 1-3 рм. В качестве основного материала блока цилиндров применимы выгодные алюминиевые сплавы, такие, как Silumin® (напр., AISi9Cu3). На изображении 2 виден разрез в увеличении под микроскопом покрытой никелем рабочей поверхности цилиндра.
Из-за неравномерной толщины никелевого слоя, возникающего при гальваническом покрытии, рабочие поверхности цилиндров после нанесения никелевого покрытия должны быть выглажены обычным хонингованием и структурированы. По сравнению с гильзой из серого чугуна никелевый слой сравнительно гладок и не имеет графитовых жил, в которых может отлагаться смазочное масло. Заключительная операция хонингования особенно важна для создания каналов распределения масла и оптимизации объёма масла, остающегося на рабочей поверхности цилиндра.
Никелевые покрытия требуют больших инвестиций в гальванические установки и устройства дезактивирования ядовитых веществ ванн предварительной подготовки.
Не в последнюю очередь также удаление образующихся никелевых шлаков негативно сказывается на стоимости производства. Покрытие никелем нашло применение, главным образом, в серийном производстве одноцилиндровых двигателей. Многоцилиндровые блоки, напротив, находят применение в серийном производстве только в единичных случаях. Были проблемы при изготовлении с пористостью чугуна на поверхности цилиндра, что имело следствием отделение слоя. Проблемы проявлялись в прошлом также при частой эксплуатации на коротких участках, во взаимосвязи с серосодержащим горючим. У двигателей, которые или вообще не достигали своей рабочей температуры, или достигали её редко, эксплуатация на коротких участках приводила к образованию конденсата, который, совместно с образующейся от сжигания серой, вёл к возникновению сернистой кислоты. Данные кислотосодержащие продукты сгорания вели к коррозии, к упомянутому отделению слоя и, в конечном счёте, к отказу от покрываемых никелем рабочих поверхностей цилиндров при серийном изготовлении двигателей для легковых автомобилей.
В противоположность к ALUSiL®-MeTOду, восстановление отверстий цилиндров в ходе среднего или капитального ремонта — включая новое никелевое покрытие — возможно только при высокой трудоёмкости и с большими трудностями. Из-за недостатка подходящих специальных предприятий это практически едва ли выполнимо. На изображении 1 показан алюминиевый ребристый цилиндр мотоциклетного двигателя с Galnikal®- покрытием.
Слои плазменного напыления на железной основе
Данный метод применяется в серии уже несколько лет. При плазменном покрытии в плазменной горелке возбуждается электрическая дуга. Подводимый плазменный газ (водород или аргон) ионизируется до состояния плазмы и покидает сопло горелки с высокой скоростью. Посредством газаносителя материал покрытия (напр., в составе 50% легированной стали и 50% молибдена) в виде порошка наносится в плазменном луче с температурой 15000-20000° С. Материал покрытия расплавляется и в жидком состоянии напрыскивается со скоростью от 80 до 100 м/с на покрываемую поверхность. В плазменный напрыскиваемый слой из железа при необходимости могут быть дополнительно интегрированы керамические материалы. Процесс происходит при атмосферном давлении. На Изображении 3 показан схематически процесс покрытия.
Полученная при плазменном покрытии толщина слоя составляет 0,18-0,22 мм. Покрытие обрабатывается окончательно хонингованием. Остающаяся после хонингования толщина слоя составляет приблизительно 0,11-0,13 мм.
На изображении 4 показан в увеличении под микроскопом разрез рабочей поверхности цилиндра с плазменным покрытием. На изображении 5 видна увеличенная рабочая поверхность готовой обработанной рабочей поверхности цилиндра. Отчётливо распознаваемы углубления в рабочей поверхности, получающиеся из пористого плазменного слоя. В углублениях может отлагаться моторное масло, что улучшает свойства трения и износа рабочей поверхности.
Благодаря плазменному покрытию увеличивается срок службы двигателя, а благодаря меньшему потреблению горючего и масла уменьшаются вредные выбросы. Благодаря малой толщине слоя плазменного покрытия можно реализовать, по отношению к заливаемым гильзам цилиндров из серого чугуна, ещё меньшие расстояния между цилиндрами, что позитивно отражается на конструктивной длине двигателя.
Изображение 3 |
1. Водяное охлаждение 2. Подвод горючего газа 3. Выходное сопло 4. Подвод порошка 5. Плазменный луч 6. Плазменное покрытие |
Лазерное легирование рабочих поверхностей цилиндров
Изображение 1
1. Лазерный луч
2. Струя порошка
3. Вращающееся лазерное оптическое устройство
4. Легированный слой
5. Оплавляемая зона
Лазерное легирование представляет собой дальнейший метод армирования кремнием рабочих поверхностей цилиндров. При лазерном легировании рабочая поверхность цилиндра изготовленного из стандартного алюминиево-кремниевого сплава (напр., AISi9Cu3) блока цилиндров с помощью вращающегося лазерного оптического устройства оплавляется и металлургически легируется параллельным подводом порошка (кремний и т.д.) (изобр. 1). Тем самым получают тонкий слой с очень тонко отделённой твёрдой фазой (в основном кремнием) в зоне внутренней поверхности цилиндра. Отверстия цилиндров после лазерного легирования должны ещё хонинговаться, и частицы кремния должны быть раскрыты. Т. к. размеры частиц малы (в пределах нескольких цм), раскрытие интегрированных кремниевых кристаллов целесообразно производится химическим травлением. Процесс раскрытия химическим травлением подробнее описан в главе «3.6.2.Различные методы раскрытия кремния».
Гильзы из серого чугуна Мокрые гильзы из серого чугуна
Данный вид конструкции находит на сегодняшний день лишь относительно редко применение в двигателях для легковых втомобилей. Причиной этого является различное поведение алюминиевого блока цилиндров и гильзы цилиндра из серого чугуна при тепловом расширении. Особенно это требует выдерживания жёстких полей допусков по длине гильзы цилиндра при изготовлении с тем, чтобы наверняка избежать проблем с уплотнением головки блока цилиндров (по данному вопросу см. также главу «2.3.1. Различные виды конструкций блоков цилиндров»).
Заливаемые гильзы цилиндров из серого чугуна
Данная концепция объединяет в значительной степени весовые преимущества материала алюминия и отсутствие проблем свойств скольжения рабочих поверхностей цилиндров из серого чугуна. Изготовление производится, чаще всего, выгодным методом литья под давлением (конструкция Open-Deck). При изготовлении методом литья под давлением получаются сравнительно малые зазоры между гильзой и окружающим литьём, а также, в целом, хорошие показатели теплопроводности. Для обеспечения глухой посадки гильзы из серого чугуна в блоке применяются различные методы. Простейшим методом является изготовление с канавками по наружному диаметру (изобр. 2). Несмотря на применяемый метод литья под давлением, здесь могут быть, однако, проблемы с механическою связью и, тем самым, с глухой посадкой гильзы в блоке. Причиной этого являются оставшиеся между гильзой и алюминиевым блоком, хотя и очень маленькие, воздушные зазоры. Поэтому перешли к использованию так называемых гильз шероховатого литья (изобр. 3). Благодаря сильно изборождённой внешней наружной поверхности при заливке происходит истинное защемление гильзы материалом блока
Дальнейшее улучшение — хотя и за счёт более высоких расходов — приносит альфинирование или плазменное покрытие гильз перед заливкой. При альфинировании гильзы покрываются вначале алюминием в ванне с чистым алюминием. Тем самым возникает особая внутренняя, металлургическая связь алюминия с гильзой из серого чугуна. При данном методе речь идёт об относительно высокозатратном методе подготовки литья. Поэтому перешли — когда это необходимо, — к тому, чтобы гильзы из серого чугуна вначале с наружной стороны сделать струйной обработкой шероховатыми, а затем покрыть напыляемым плазменным слоем из алюминия. В противоположность альфинированию, при плазменном покрытии всё же не возникает металлургической связи серого чугуна с алюминием.
Нанесённые таким способом на гильзы алюминиевые слои при заливке в блок цилиндров вновь немного оплавляются и лучше соединяются с материалом блока по сравнению с гильзами без алюминиевого покрытия. Проблемы связи, которые при известных условиях могли бы появиться, можно таким способом уменьшить или их избежать.
Заливаемые алюминиевые гильзы (ALUSIL®, Silitec®)
Наряду с изготовлением монолитных блоков цилиндров из ALUSIL — материала возможно также изготовление блоков цилиндров с заливаемыми алюминиевыми гильзами с высоким содержанием кремния (ALUSIL®, Silitec®). Необходимое для армирования цилиндра обогащение кремнием существует при данном методе только в зоне рабочей поверхности цилиндра. Остальной блок цилиндров состоит из стандартного алюминиево-кремниевого сплава (напр., AISi9Cu3).
Компактное набрызгивание заливаемых гильз
Здесь речь идёт об относительно новом методе для изготовления алюминиевых гильз с высоким содержанием кремния (Silitec ). Требуемый материал гильз для заливки изготавливается так называемым методом компактного набрызгивания. Ради простоты и понятности в последующем тексте применяется понятие Silitec®. Здесь в одной камере металлический расплав алюминия с помощью распыляющего газа (азот) мельчайше распыляется, и, таким образом, слой за слоем образует заготовку (изобр. 1). Форма конуса распыления обуславливает позднейшую форму полуфабриката. Принципиально с помощью данного метода возможно изготовление труб, шайб, штанг или листов непосредственно в ходе одного рабочего процесса. По технике изготовления компактное набрызгивание находится между спеканием и классическим формообразующим литьём По сравнению с обычными литейными материалами создается возможность, похоже, как и при спекании, производить материалы необычного состава. Содержание кремния при данном методе может доходить до 25%. Получают очень тонкую структуру с гомогенным распределением элементов и фаз и хорошими возможностями формоизменения.
Таким способом полученный сырой материал в форме болта перерабатывается методом непрерывного выдавливания в трубы, которые затем, распиленные на куски, применяются как заливаемые детали для блока цилиндров (изобр. 3). Для улучшения связи перед заливкой делают струйным способом наружную поверхность гильз шероховатой. Из-за опасности расплавления вНН©й’®-гильз заливка производится более быстрым методом литья под давлением.
Обработка цилиндров производится как и у прочих алюминиево-кремниевых рабочих поверхностях цилиндров. Кристаллы кремния очень тонко распределены в структуре и имеют величину 4 — 10 рм (изобр. 2). Из-за очень малых размеров частиц раскрытие кристаллов кремния при окончательной обработке рабочих поверхностей цилиндров предъявляет особые требования. У изготовленных данным методом блоков цилиндров используется поэтому в серийном производстве преимущественно раскрытие обработкой едким натром.
Изображение 1 |
1. Литейный тигель
2. Расплав
3. Кольцевое сопло
4. Камера набрызгивания
5. Конус набрызгивания
6. Заготовка
7. Вращающаяся тарелка
Изображение 2 Равномерное распределение кристаллов кремния |
;