Panewki Sputter

 Łożyska napylane są niezastąpione w wysokoprężnych i wolnossących silnikach charakteryzujących się wysokimi osiągami. Ale czym właściwie jest napylanie katodowe? Jak i dlaczego jest ono stosowane?



 

 

 

 

 

 

 

 

Łożyska napylane: Zaawansowana technologia dla silników pracujących przy dużych obciążeniach

 

Łożysko napylane MAHLE rozpoznać można dzięki wybitemu z tyłu oznaczeniu „SPUTTER" (widok na zdjęciu) - oraz powszechnie znanemu w warsztatach symbolowi „m".

 

 

 

Co to jest napylanie katodowe?
W próżniowym zbiorniku, zawierającym śladowe ilości gazu szlachetnego, umieszcza się dodatnio naładowaną anodę i ujemnie naładowaną, pokrytą warstwą metalu katodę, wraz z trójskładnikowym łożyskiem, które poddane zostanie napylaniu. Pomiędzy katodą a anodą podane jest napięcie. Elektrony wyrzucane są w kierunku anody i jonizują atomy gazu szlachetnego, natomiast naładowane dodatnio atomy gazu szlachetnego wyrzucane są w kierunku katody i wybijają atomy z pokrywającej ją warstwy metalu. To z kolei uwalnia dodatkowe elektrony, które w rezultacie zjonizują więcej atomów gazu szlachetnego. Na skutek tego, powstaje mieszanka wolnych elektronów, dodatnich jonów i obojętnych cząstek gazu szlachetnego, tzw. plazmy w stanie stałym. Atomy obojętne wybite z metalowej warstwy katody skraplają się na powierzchni łożyska jako cienka, niezwykle odporna powłoka metalu.

 

 






1. Źródło argonu (gaz plazmowy)
2. Ion flow (Przepływ jonów)
3. Przepływ materiału atomowego (rozpraszanie)

Zastosowanie łożysk ślizgowych?
Wały obrotowe takie jak wały korbowe, wały rozrządcze, osie dźwigienek zaworowych oraz wałki wyważające drgań pracują w blokach silnikowych i korbowodach, a ich działanie możliwe jest dzięki łożyskom. Obciążenie mechaniczne łożysk jest stosunkowo duże - np. przy zapłonie ciśnienie dochodzi do 200 bar. Ale to nie wszystko, silniki spalinowe wewnętrznego spalania poddawane są ciągłym udoskonaleniom, podwyższane są ich osiągi przy jednoczesnym zmniejszaniu wymiarów - stąd też zmniejszają się wymiary powierzchni łożysk. Jednocześnie, wydłużają się okresy wymiany oleju. To wszystko powoduje wzrost obciążeń mechanicznych, na jakie narażone są łożyska.

Jaki jest zakres obciążeń łożysk?
Obciążenia powierzchni, zwłaszcza dla łożysk korbowodu i łożysk głównych, uległy znacznemu wzrostowi w ciągu ostatnich lat. Dla silników wysokoprężnych z wtryskiem bezpośrednim, łożyska muszą pracować przy ciśnieniu powierzchni dochodzącym do 120 N/mm2, co stanowi wartość graniczną dla konwencjonalnych dwu- lub trójskładnikowych łożysk z warstwami łożyskującymi nakładanymi metodą galwanizowania. Stąd też, w nowoczesnych silnikach wymagane są materiały łożyskowe o znacznie zwiększonej odporności na zmęczenie i zmniejszonym współczynniku zużycia, zwłaszcza w zakresie tarcia mieszanego. Jednocześnie, należy zapewnić dobrą odporność na korozję, również przy wyższych temperaturach.

 

Łożyska lite
Łożyska lite wykonane są w całości z metalu łożyskowego składającego się ze specjalnych stopów.

 

Łożyska dwuskładnikowe
Łożyska dwuskładnikowe stosowane są przy małych i średnich obciążeniach w silnikach benzynowych i wolnossących silnikach wysokoprężnych w samochodach osobowych. Zbudowane są one ze stalowego podłoża, warstwy pośredniej oraz warstwy stopu łożyskowego (głownie stopy aluminium).

 

Łożyska trójskładnikowe
Złożone łożyska trójskładnikowe stosowane są głównie w silnikach narażonych na wysokie obciążenia. Zbudowane są z podłoża stalowego, warstwy łożyskującej, warstwy barierowej i warstwy ślizgowej. Łożyska napylane są specjalnymi, trójskładnikowymi łożyskami o znacznie podwyższonej twardości i odporności na zużycie, dzięki zastosowaniu specjalnej metody produkcyjnej (napylanie katodowe).


Dlaczego łożysko napylane jest właściwym rozwiązaniem?

 

 

Łożysko napylane zbudowane jest z łożyska trójskładnikowego, posiadającego warstwę łożyskującą, która nie jest nakładana galwanicznie lecz za pomocą napylania katodowego. Tę metodę pokrywania można stosować jedynie w warunkach próżni wysokiej. Najmniejsze cząstki wybijane są z katody i wyrzucane w kierunku powierzchni łożyskującej za pomocą wysokiego napięcia. Uzyskana powłoka jest drobnoziarnista, drobno rozproszona i posiada wyjątkowe właściwości przylegania do materiału podłoża. Dzięki małemu rozmiarowi ziaren, utworzone warstwy charakteryzują się wyjątkową twardością, wysoką granicą plastyczności i wyjątkową wytrzymałością.



Gdzie stosuje się łożyska napylane?
W łożyskach podlegających dużym obciążeniom, pary łożysk zawsze składają się z łożyska napylanego i konwencjonalnego łożyska trójskładnikowego. Łożysko napylane stosuje się w miejscach, gdzie występują największe obciążenia, z kolei bardziej miękkie, konwencjonalne łożyska trójskładnikowe stosowane są przy mniejszych obciążeniach. Dlatego też, w łożyskach korbowodu, łożysko napylane stosuje się po stronie trzonu korbowodu, natomiast trójskładnikowe łożyska montuje się po zewnętrznej stronie główek korbowodów. Przy łożyskach głównych wygląda to dokładnie odwrotnie. Półpanewki napylane stosowane są od strony obejm mocujących, a półpanewki trójskładnikowe od strony bloku silnika.

Jak rozpoznać łożysko napylane?
Biorąc pod uwagę jak złożony i skomplikowany jest proces powlekania oraz jak imponujące uzyskuje się osiągi, trudno zauważyć czym wyróżniają się łożyska napylane. Wyglądają one zupełnie zwyczajnie. Aby umożliwić rozpoznanie napylanych łożysk ślizgowych , łożyska napylane oznakowywane są znakiem „SPUTTER". To zapewnia prawidłowe zamontowanie, co jest istotne z uwagi na fakt, iż prawidłowe zamontowanie napylanych panewek jest niezbędne dla ich niezawodnej pracy i trwałości.

Dlaczego łożyska napylane i łożyska trójskładnikowe są zawsze połączone w pary?

 

 



Jednym z powodów są wysokie koszty produkcji powłok napylanych. W miejscach o niewielkich obciążeniach nie są one konieczne i dlatego nie są tam montowane. Drugim powodem jest niezwykła twardość warstwy napylonej, nietolerującej zanieczyszczeń oleju silnikowego. Z kolei bardziej miękkie, trójskładnikowe łożysko jest w stanie przyjąć cząstki brudu do swojej galwanizowanej warstwy łożyskującej i zachowuje ją w nieuszkodzonym stanie.


Łożyska napylane stosowane są również w następujących silnikach:

Audi/VW, typoszereg TDI: 1.9 / 2.0 / 2.5 / 4.0 / 5.0 l
Audi, silniki benzynowe: 6.0 l (V12) / 1.8 l (225 KM)
MAN: D2865
Mercedes-Benz, pojazdy użytkowe: BR 400, BR 500, BR 900
Mercedes-Benz, samochody osobowe: silniki CDI BR 600
PSA, typoszereg HDI: 1.4 / 1.6 / 2.0 / 2.2 / 2.7 l

 Artukuł opracowany na podstawie materiałów MAHLE