ceramizacja to proces prowadzący do powstawania na powierzchniach ciernych mechanizmów, cienkich warstw ceramiczno-metalowych redukujących współczynnik tarcia, oraz masowe zużycie metalowych elementów roboczych. Ceramizacja jest technologią, która pozwala "wydłużyć życie" mechanizmom, eliminować powierzchniowe defekty geometryczne układów mechanicznych, oszczędzać energię, paliwo, oraz dłużej i lepiej eksploatować substancje smarne.

Powłoki ceramiczno-metalowe (cermetalowe), w porównaniu z metalami, odznaczają się wysoką twardością (powyżej 2500 HV), gładszą powierzchnią cierną, niską korozyjnością oraz wysoką odpornością temperaturową przekraczającą 2000°C. Powłoki ceramiczno-metalowe regenerują do pewnego stopnia powierzchnie metalowe, wpływając znacząco na poprawę stanu technicznego układu mechanicznego.

proces ceramizacji polega na dostarczeniu do układu mechanicznego mineralnego dodatku ceramicznego, który rozpocznie budowę na powierzchni metalu cienkiej warstwy cermetalowej, o wyjątkowo dobrych właściwościach materiałowych. Proces ten może być zainicjowany wtedy, gdy układ mechaniczny znajduje się pod wpływem ściśle określonych warunków fizycznych, chemicznych oraz termicznych. Ilustracje poniżej prezentują kolejne etapy procesu ceramizacji (na podstawie RVS Technology).

technologia_ceramizacji_01a

technologia_ceramizacji_01b

technologia_ceramizacji_01c

Istotne parametry procesu ceramizacji to: temperatura pracy mechanizmu, natura i rodzaj tarcia poszczególnych podzespołów, właściwości materiałowe, parametry fizykochemiczne substancji smarnej, a także objętość układu smarowania. Na podstawie tych informacji, do układu mechanicznego wprowadzany jest odpowiednio dobrany środek ceramizujący.

Powłoka cermetalowa powstaje w wyniku adhezji (łączenia się powierzchniowych warstw ciał fizycznych) cząsteczek ceramicznego budulca z molekułami metalu zawartymi w oleju. Są one efektem zużycia metalowych podzespołów w procesie tarcia elementów mechanicznych.

raport o skutecznośœci technologii ceramizacji powstał w efekcie wspólnego projektu badawczego kilku organizacji: Chita State Technical University, Central Scientific Research Laboratory of the Priargun Production Mining-Chemical Association, Automobile Engine and System Test Center of Changchun University of Science and Technology, Transbaikal Railway Transport Institute, NPO Ruspromremont - St. Petersburg.

Program badania polegał na aplikacji dodatku ceramicznego o śœciśœle okreśœlonym składzie, dzięki któremu, w trakcie normalnej eksploatacji układu mechanicznego, na powierzchniach ciernych odkładała się warstwa cermetalowa.

ceramizacja_wspolczynnik_tarcia porównanie zmian współczynnika tarcia

ceramizacja_przekladnia_zebata wibracje układu tribologicznego w przekładni zębatej

ceramizacja_warunki_skrajne test warunków skrajnych (bez smarowania)

współczynnik tarcia Analiza metalowo-ceramicznej warstwy ochronnej, przeprowadzona przez Laboratory of Machine Parts of Transbaikal Railway Transport Institute, przy użyciu maszyny ciernej DM-29 o styku wał-panewka i obciążeniu siłą 500N, wykazała trzykrotną redukcję współczynnika tarcia z wartoœci ľ1=0,18 do ľ2=0,06. Charakterystyka materiałowa styku to: panewka wykonana z brązu A5TsS5, wał wykonany ze stali C45, prędkoœć obrotowa 1350rpm, baza olejowa - olej mineralny I-20.

silnik Silnik PGD-4A z zapłonem samoczynnym, napędzający lokomotywę TEM2UM, kwalifikował się do remontu z racji znacznego stopnia wyeksploatowania. Zastosowano tańszą alternatywę dla remontu - ceramizację. Środek ceramizujący dodano do oleju smarującego, ale także, w celu osiągnięcia lepszego efektu, bezpośrednio do komory spalania silnika. Pomiar parametrów silnika, przeprowadzony po upływie 18 miesięcy od rozpoczęcia procesu rewitalizacji, wykazał brak celowości dalszego remontu tego układu. W efekcie ceramizacji mechanizmu stwierdzono: zmniejszenie oporów ruchu i luzów w łożyskach ślizgowych (powrót do wartości dopuszczalnych), a także zwiększenie ciśnienia sprężania o 12%, ciśnienia oleju o 12%, oraz zmniejszenie godzinowego zużycia paliwa o 12,7%.

przekładnia zębata Eksperyment, polegający na zastosowaniu technologii ceramizacji do regeneracji przekładni zębatej łączącej jednostkę napędową z kołami lokomotywy WMB2, wykazał wzrost szerokości zęba sprzęgła o 0,2 mm i redukcję chropowatości powierzchni roboczych. Średni poziom drgań zmierzony na obudowie zmniejszył się o 12dB.

zużycie paliwa Badanie doświadczalne w Changchun Technological University przeprowadzone na benzynowym silniku BJ 2000, po dodaniu środka ceramicznego do układu olejowego, skutkowało spadkiem zużycia paliwa o 5% i obniżeniem szkodliwych składników spalin: CO o 25% i HC o 23%.

defekty powierzchniowe Układ testowy, składający się z metalowych kul obciążonych siłą 700N, smarowany olejem bazowym zawierającym dodatek ceramizujący, wykazał zmniejszenie skaz powierzchniowych o 2/3 w porównaniu z pracą w warunkach czystego oleju bazowego.

łożysko toczne Smarowane łożysko toczne o numerze 3003792N kruszarki SMD-118, pracującej w kopalni w wiosce w Taldan, w efekcie zastosowania technologii ceramizacji wykazało powrót mechanizmu do parametrów fabrycznych. Wskaźnik opłacalności ekonomicznej tego rozwiązania, względem wymiany łożyska na nowe, wyniósł 1700%.

test warunków skrajnych (bez smarowania) Wykonano test polegający na 10-cio miesięcznej eksploatacji przekładni lokomotywy, w ekstremalnych warunkach - bez smarowania olejem. Należy zaznaczyć, że przekładania użyta w lokomotywie była przekładnią typu Bevel, w której tryby zazębiają się pod kątem 90stopni, i stosunkowo dobrze znoszą trudne warunki pracy. Test wykazał znaczące różnice w zużyciu mechanizmu, na korzyść przekładni zabezpieczonej warstwą ceramiczną. Układ, który nie był chroniony powłoką ceramiczną, uległ zatarciu. Przekładnia zabezpieczona wytrzymała 10-cio miesięczny test. Wyniki porównawcze przedstawione są na rysunku.