SPecIAL - Alu-web.de

More documents

Recommendations

Info

A L U M I N I U M o b e r f L ä c h e angleichen. In Tests an verschiedenen Motoren wurden – allen Befürchtungen zum Trotz – keinerlei negative Auswirkungen auf den Schmierfilm am Kolbenhemd und damit auf das Reibungs- und Einfressverhalten festgestellt. Dieser überraschende Befund erklärt sich durch die geringe Reibung der Beschichtung, die weniger Schmierung zwischen dem Kolbenhemd und der Zylinderbuchse erfordert. Darüber hinaus wirkt auch die träge, amorphe Beschaffenheit der DLC-Beschichtung einem Einfressen entgegen. Um die Haftung der harten DLC- Schicht an der weichen Aluminiumoberfläche zu optimieren, musste die Härtedifferenz zwischen den beiden Werkstoffen reduziert werden. Hierzu wurde die Beschichtung um eine Zwischenlage aus Silizium mit eingebrachtem DLC-Layer ergänzt, die das Substrat mit der funktionellen Deckschicht verbindet. Aufgrund ihrer im Vergleich zu reinem DLC geringeren Härte verbessert sie die Haftung der DLC-Schichtenfolge am Trägermaterial (s. Abb. 2). Die einzelnen Schichten werden mit plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PACVD) aufgetragen, was einer Erhöhung der Oberflächenrauheit durch die Beschichtung entgegenwirkt. DLc-beschichtungen auf dem Prüfstand In einem Test in Zusammenarbeit mit Akira Technologies (Bayonne, Frankreich) hatten die mit DLC „Cavidur“ beschichteten Kolben Gelegenheit, ihre Fähigkeiten unter Beweis zu stellen. Der verwendete Motor war ein Kawasaki ZX0R für Superbikes mit .000 cm 3 und vier Zylindern, der bei 3.000 U/min eine Nutzleistung von 88 PS aufbringt. Wie in Abb. 3 gezeigt, erzielte der Motor mit den DLC-beschichteten Kolben eine konstant höhere Leistung, wobei sich der Abstand bei höheren Drehzahlen noch vergrößerte. Bei 3.000 U/min produzierte er rund vier zusätzliche PS. Im Praxistest musste das Motorrad mit den DLC-Beschichtungen .300 km auf einer Rennstrecke zurücklegen. Anschließend wurden die Kolben zerlegt und eingehend wissenschaftlich untersucht. Der erste Eindruck war der eines nagelneuen Kolbens (s. Abb. ). Mit bloßem Auge waren keine Reibungsspuren oder Verschleißerscheinungen auf der DLC-beschichteten Oberfläche zu erkennen. Erst bei 50-facher Vergrößerung (s. Abb. 2) zeigten sich leichte Kratzspuren. Eine genaue Nachforschung ergab, dass es sich um plastische Verformungen aufgrund des relativ weichen Trägermaterials handelte. Diese Erscheinung, so konstatierte das Bekaert-Team, ist im Hinblick Abb. 2: Nahaufnahme eines Aluminiumkolbens mit DLC-Beschichtung Fig. 2: Close-up surface DLC coated aluminium piston auf ein Abblättern der Beschichtung völlig unbedenklich. Das Testergebnis übertraf alle Erwartungen, da ein unbeschichteter Kolben bei gleicher Einsatzdauer starke Kratzspuren um praktisch das gesamte Kolbenhemd aufweist. Unter dem Strich ergab der Test mit dem Kawasaki ZX0R eine um bis zu zwei Prozent höhere Motorleistung und eine längere Lebensdauer. Bekaert war ein wahrer Durchbruch gelungen. Der Praxistest hatte eindrucksvoll gezeigt, dass sich durch eine Behandlung der Kolbenoberfläche (entgegen der landläufigen Meinung, eine gewisse Rauheit sei erforderlich) und durch eine Optimierung der Schichtstruktur sehr wohl eine DLC-Beschichtung auf einem Aluminiumkolben aufbringen lässt. Klare Verbesserungen des Reibungs- und Verschleißverhaltens sind das Ergebnis. Autoren Mark Boghe ist Product Market Manager Automotive/Racing, weltweit, bei Bekaert. Marc Hervé ist Market Manager Racing, Europa bei Bekaert. and therefore on the friction and galling behaviour, contrary to what was expected. The absence of any negative effect is explained through the low friction of the coating itself, as less lubrication is required between piston skirt and liner. Finally, galling is equally eliminated due to the inert and amorphous structure of the DLC coating. To improve the adhesion of the hard DLC coating to the soft aluminium surface, the DLC coating has also been adapted. To avoid a steep hardness gradient between the substrate and the coating, the architecture itself needed to be customised. An intermediate layer is applied to reduce the hardness difference between the substrate and the functional top layer. Silicon containing a DLC layer is deposited on the substrate and acts as an adhesion layer. As the hardness of this layer is lower than a pure DLC layer, it reduces the hardness gradient, leading to an improved adhesion of the coating stack to the substrate. (see Fig. 2). The different layers are applied with a PACVD (plasma assisted chemical vapour deposition) process, eliminating the risk of a roughness increase of the surface due to the deposited coating. DLc coatings put to the test A test was carried out with Akira Technologies (Bayonne, France) to quantify the impact of a DLC ‘Cavidur’ coated piston. The engine used was a Superbike Kawasaki ZX0R engine (000 cm 3 , 4 cylinders) with 88 bhp at 3,000 rpm. Traditionally, as shown in Fig. 3, the power output of the engine with DLC coated pistons consistently shows higher output, with the benefit growing as the rpm increases, leading to around four additional bhp at 3,000 rpm. To verify the behaviour of the DLC coating in real life conditions, the motorbike was taken to the circuit and the engine put through a total of ,300 kms of racing. Afterwards, the pistons were disassembled and scientifically inspected. At a first glance, the pistons looked like brand new (see Fig. ). No friction or wear effects could be seen on the DLC coated surface. A bigger magnification was required (see Fig. 54 ALUMINIUM · 11/2008
s P e c I A L A L U M I N I U M s U r f A c e Abb. 3: DLC-Beschichtungen aus diamantartigem Kohlenstoff vereinen Härte mit Reibfestigkeit damage (scratches) over almost the whole surface of the skirt during the same lifetime. The result was a spectacular breakthrough for the Bekaert team. Improvements of up to two percent of the output power and extended lifetime were demonstrated by an engine test with the Kawasaki ZX0R engine. The test clearly illustrated that by improving the surface finish (going against the common understanding that a certain roughness is needed for a good operation of the piston) and introducing a customised coating stack, a DLC coating can be deposited on an aluminium piston, showing obvious improvements in both friction reduction and lifetime extension. Fig. 3: Diamond-like carbon (DLC) coatings combine high hardness with low friction 2) to look into more detail. A magnification of 50 revealed small scratches on the surface. Research has shown these are plastic deformations of the piston skirt, due to the low hardness of the substrate material. Nevertheless, the Bekaert team stated this does not lead to flaking of the coating. The results exceeded all expectations, as an uncoated piston shows very heavy Authors Mark Boghe is Product Market Manager Automotive/Racing worldwide at Bekaert. Marc Hervé is Market Manager Racing, Europe at Bekaert. ECONOMICAL ALUMINIUM: 10 x industry news in clear language black on white ALUMINIUM-ePaper: Find out even faster about all the burning issues Knowledge with a lasting impact: the ALUMINIUM-Archive for full-text research One package – One price Giesel Verlag GmbH Postfach 120158 D-30907 Isernhagen Tel. +49 511 7304-122 Fax +49 511 7304-157 www.giesel.de · vertrieb@giesel.de ALUMINIUM · 11/2008 55
Page 1 and 2:
Giesel Verlag GmbH · Postfach 1201
Page 3 and 4: E D I T O R I A L Volker Karow Chef
Page 5 and 6: C O N T E N T S E D I T O R I A L E
Page 7 and 8: N e w s I N b r I e f Alcoa with di
Page 9 and 10: N e w s I N b r I e f Yoplait selec
Page 11 and 12: ATC is the only Group able to suppl
Page 13 and 14: www Paper.com Please be our guest a
Page 15 and 16: E c o n o M i c s Sources: EAA, AA,
Page 17 and 18: E c o n o M i c s Aluminium sector
Page 19 and 20: 2009 138th Annual Meeting & Exhibit
Page 21 and 22: E c o n o M i c s founding of the A
Page 23 and 24: E c o n o M i c s und Komponenten,
Page 25 and 26: E c o n o M i c s in ganz Europa, n
Page 27 and 28: OMICRO-EPSILON Mit einer zum Patent
Page 29 and 30: E C O N O M I C S Die energieintens
Page 31 and 32: EFFICIENT Knowledge makes an impact
Page 33 and 34: W i R T s c H A F T Studie „Guss
Page 35 and 36: S P e c I A L A L U M I N I U M O b
Page 37 and 38: S P e c I A L A L U M I N I U M S U
Page 39 and 40: S P e c I A L dried, whereby a corr
Page 41 and 42: S P e c I A L A L U M I N I U M S U
Page 43 and 44: s P e c I A L A L U M I N I U M s U
Page 47 and 48: s P e c I A L A L U M I N I U M o b
Page 53: s P e c I A L A L U M I N I U M s U
Page 57 and 58: t e c h n o l o g i e Abb. 3: Kurzz
Page 59 and 60: t e c h n o l o g i e Zahn um Zahn
Page 61 and 62: t e c h n o l o g y Kantenkühlung
Page 63 and 64: t e c h n o l o g y the workpiece g
Page 65 and 66: t e c h n o l o g i e Leicht, gut z
Page 67 and 68: t e c h n o l o g i e „weißen Sc
Page 69 and 70: W e t t B e W e R B In der Kategori
Page 71 and 72: c o m p a n y n e w s w o r l d w i
Page 79 and 80: e s e a r c h characterisation of M
Page 81 and 82: e s e a r c h the same as sectioned
Page 83 and 84: e s e a r c h ing TiB 2 , the prese
Page 85 and 86: e s e a r c h and Development of th
Page 87 and 88: v E r A N s t A L t U N g E N ALUMI
Page 89 and 90: E v E N t s creasingly central role
Page 91 and 92: L I t E r A t U r E s E r v I c E F
Page 93 and 94: L I t E r A t U r E s E r v I c E c
Page 95 and 96: International Journal for Industry,
Page 97 and 98: LIEFERVERZEICHNIS • Transport of
Page 99 and 100: LIEFERVERZEICHNIS • Anode transpo
Page 101 and 102: LIEFERVERZEICHNIS Vollert Anlagenba
Page 103 and 104: LIEFERVERZEICHNIS 3 Rolling mill te
Page 105 and 106:
LIEFERVERZEICHNIS 3.6 Cold rolling
Page 107 and 108:
LIEFERVERZEICHNIS 3.9 Adjustment de
Page 109 and 110:
LIEFERVERZEICHNIS 4 Foundry Gießer
Page 111 and 112:
LIEFERVERZEICHNIS • Heat treatmen
Page 113 and 114:
I M P R E S S U M / I M P R I N T I
Page 115 and 116:
www. alu-bookshop.de EINSCHLÄGIGE
show all

SPecIAL - Alu-web.de

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?