INTERNAL COMBUSTION ENGINE PISTON

• Main Authors: LEBEDEV, DMITRIJ ALEKSANDROVICH, IVANOV, MAKSIM BORISOVICH
• Format: Patent
• Language: English; French; Russian
• Published: 14.04.2016
• Subjects: ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES; BLASTING; COMBUSTION ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL; CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; HEATING; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS; INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; LIGHTING; MECHANICAL ENGINEERING; WEAPONS

The invention relates to engine design, and more particularly to internal combustion engine (ICE) pistons with ceramic coatings. A double-layer catalytically active ceramic thermal barrier coating with a thickness of 15-150 μm is formed on the surface of the crown and skirt of an ICE piston by micro-arc (plasma electrolytic) oxidation. A first (inner) layer of the coating, having a thickness of 5-100 μm, consists mainly of aluminium (not less than 90 mol%) and is in direct contact with the metal from which the piston and a sphere of a cylinder head of an ICE chamber are made. The first layer has high hardness and wear resistance. A second (outer) porous layer, having a thickness of 10-100 μm, consists of aluminium oxide, silicon oxide and cerium oxide in a mole fraction of from 1 to 50%. The second layer has high adhesion strength and resistance to thermal shocks and thermal cycling and also has a thermal barrier effect and a catalytic effect. The coating may additionally contain oxides of copper and magnesium. La solution technique appartient au domaine de la construction de moteurs et notamment des pistons pour moteurs à combustion interne (MCI) à revêtement céramique. On forme à la surface de la jupe et du fond d'un piston de MCI, par procédé d'oxydation à micro-arc (au plasma ou électrolytique), un revêtement céramique de barrière thermique catalytiquement actif possédant une épaisseur de 15 à 150 micromètres. La première couche (interne) du revêtement possédant une épaisseur de 5 à 100 micromètres est principalement constituée d'aluminium (au mois 90 % en masse) et entre en contact directement avec le métal servant à fabriquer le piston et la tête de chambre de la sphère du MCI. La première couche a une dureté et une résistance à l'usure élevées. La deuxième couche (externe) poreuse ayant une épaisseur de 10 à 100 micromètres est constituée d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de silicium et d'oxyde de cérium avec une proportion molaire 1-50%. La deuxième couche présente une résistance à l'adhésion élevée, résiste bien aux chocs thermiques et possède également un effet barrière thermique et catalytique. En outre, le revêtement peut comprendre des oxydes de cuivre et de magnésium. Техническое решение относится к двигателестроению, а в частности к поршням двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с керамическими покрытиями. На поверхности днища и юбки поршня ДВС, методом микродугового (плазменного электролитического) оксидирования, формируется двуслойное каталитически-активное термобарьерное керамическое покрытие, толщиной 15-150 мкм. Первый (внутренний) слой покрытия, толщиной 5-100 мкм, состоит в основном из алюминия (не менее 90 мол. %) и контактирует непосредственно с металлом из которого изготовлен поршень и головка сферы камеры ДВС. Первый слой имеет высокую твердость и износостойкость. Второй (внешний) пористый слой, толщиной 10-100 мкм, состоит из оксида алюминия, оксида кремния и оксида церия в мольной доле от 1 до 50%. Второй слой имеет высокую адгезионную прочность, стойкость к термоударам и термоциклированию, также обладает термобарьерным и каталитическим эффектом. Дополнительно покрытие может содержать оксиды меди и магния.