MoS2/WS2/FineLPN Composite Layers – a New Approach to Low Frictional Coatings for Piston Rings

In the search for alternative processes of technologically difficult and environmentally dangerous galvanic chromium coatings on cast iron piston rings, composite coatings of low-friction nanoparticles MoS2, WS2and/or rGO embedded in a hard matrix of iron nitrides have been investigated. Laboratory tribological and operational tests on a real aircraft engine have been carried out to select the optimal technological parameters and microstructures of low frictional layers. A dry friction coefficient of 0.13 has been obtained for the best of the processes, i.e., four times lower than for raw reference samples (0.55). According to that technological option, the low-friction layers were produced for a set of rings for three cylinders of a Boxer aircraft engine and tested comparatively in an operational test with the rings in the other three cylinders. The experimental engine has passed the operational test obtaining the assumed power performance, fuel consumption and admission criteria of exhaust purity and oil purity.

W poszukiwaniu alternatywnych procesów dla trudnych technologicznie i niebezpiecznych dla środowiska galwanicznych powłok chromowych na żeliwnych pierścieniach tłokowych badano powłoki kompozytowe z niskotarciowych nanocząstek MoS2, WS2 i/lub rGO osadzonych w twardej osnowie z azotków żelaza. Przeprowadzono laboratoryjne badania tribologiczne oraz próby eksploatacyjne na rzeczywistym silniku lotniczym w celu doboru optymalnych parametrów technologicznych i mikrostruktur warstw o niskim współczynniku tarcia. Dla najlepszego z procesów uzyskano współczynnik tarcia suchego na poziomie 0,13, czyli czterokrotnie niższy niż dla surowych próbek referencyjnych (0,55). Zgodnie z tą opcją technologiczną wytworzono warstwy o niskim współczynniku tarcia dla zespołu pierścieni do trzech cylindrów silnika lotniczego Boxer i przetestowano je porównawczo w próbie eksploatacyjnej z pierścieniami chromowanymi w pozostałych trzech cylindrach, uzyskując założone parametry mocy, zużycie paliwa oraz kryteria dopuszczenia czystości spalin i oleju.