创新的涂层工艺助力大缸径二冲程和四冲程发动机应对不断增加的负载和温度挑战，延长发动机大修间隔时间
2019年12月3日，天纳克（纽交所股票代码：TEN）动力总成事业部正在研发的激光工艺能够为未来的大缸径发动机（LBE）活塞环提供前所未有的耐磨性。这项技术为电镀涂层提供了环保、长期的替代方案，同时也是天纳克动力总成在持续研究全新表面处理技术时诞生的最新成果，用以应对海洋和工业领域未来发动机和燃油发展的挑战。天纳克动力总成的DAROS®、Rotocap®、GOETZE®大缸径活塞环和工业密封环等在海事领域的创新产品与技术成果悉数亮相中国国际海事展会N3厅C3Z展位，为海事业领域的转型保驾护航。
减少运营成本以及节能减排的市场趋势正催生未来二冲程和四冲程发动机的设计变革，这也导致活塞环面临更高的机械负荷和热负荷。与此同时，在减少摩擦、降低油耗，延长大修间隔等需求的驱动下，预计活塞环寿命为24,000小时或者更长时间。
2020年起，“限硫令”将在全球范围内实行，燃气和双燃料发动机市场份额也将加大，这为活塞环和缸套带来更多的摩擦学挑战。因此，高尺寸稳定性的混合材料以及低摩擦系数、高耐磨性和低活塞环及气缸磨损率的涂层对于应对上述挑战而言至关重要。
“天纳克动力总成着眼于全球海洋市场的新兴趋势，致力于先进技术的研发。”天纳克动力总成大缸径发动机活塞环部门总监兼总经理Peter Arndt表示，“激光表面强化的新工艺带来了更多的可能性，它可以广泛应用于包括灰铸铁和球墨铸铁等各类基础材料。”
↑天纳克动力总成正在开发激光工艺，为未来的大缸径发动机活塞环提供前所未有的耐磨性。作为领先的LBE活塞环供应商之一，天纳克动力总成不断改进这些部件的功能表面。
天纳克动力总成正在研发多种激光工艺，包括激光结构化、激光再熔化、激光合金化和激光沉积焊接。激光沉积焊接已经广泛用作涂层工艺来代替硬铬层，使用镍基和钴基合金来代替分散的硬材料。然而，未来为满足活塞环表面的需求仍需要新的涂层材料，即与硬质相和碳化物形成元素合金化的铁基和镍基材料。
激光再熔化可以显著改变灰铸铁材料的表面性质，从而极大提高其耐磨性。高能量激光熔化铁，而铁通过激光焦点的移动自发淬火，产生白色固化的莱氏体材料结构中包含硬度约为800HV的Fe3C。Fe3C硬质相的尺寸和分布可以通过激光能量注入而灵活调节，激光再熔化和激光沉积焊接在基材和功能涂层材料之间可以产生冶金结合。
基于丰富经验的积累
天纳克动力总成此前已为大缸径发动机活塞环开发了诸多成功的创新表面处理技术，而激光工艺将成为最新的创新表面处理工艺。
电镀硬铬涂层，如铬陶瓷涂层（CKS®），含有高达10%的嵌入2-5µm氧化铝颗粒，能够显著提高活塞环的端面耐磨性和耐刮性，与此同时，热喷涂技术可以产生更高的硬质相含量（体积比高达60%）。相较于CKS®而言，GOETZE®金刚石涂层（GDC®）更为耐磨，天纳克动力总成的新型GDC®60涂层在发动机运行状态下显示出极低的摩擦系数，展现出超高耐磨性与低气缸磨损。
CrN涂层或CrON涂层的PVD（物理气相沉积）硬涂层在高热负载下呈现高耐磨性和高耐刮：涂层厚度被应用工艺限制在50µm以下，而新的激光再熔化方法可使涂层厚度达到1mm，从而延长了活塞环的使用寿命。
“迄今为止，对带有激光再熔化端面的大缸径发动机活塞环进行的初始测试均呈现出非常良好的结果。”Arndt表示，“这种用于端面表面强化的解决方案，可以在一侧或两侧与所有现有的普通工作面涂层相结合，以提供高负载阻力和较长的使用寿命。”
使用活塞环端面激光再熔化的预系列生产已于2018年开始进行，并在运转发动机上进行了长期测试。此外，活塞环工作表面激光沉积焊接材料的开发目前正在进行中，预计将于2020年进行第一次发动机测试。