Двигатели внутреннего сгорания по-прежнему обладают значительным потенциалом для экономии энергии и сокращения выбросов. Современная тенденция заключается в использовании двигателей меньшего размера той же или даже большей мощности.
Двигатели с уменьшенным объемом цилиндров потребляют меньше топлива за счет меньшего веса, меньшего трения и меньшего количества тепла выхлопных газов. Однако это так называемое уменьшение габаритов связано с еще более высокими механическими и тепловыми нагрузками, действующими, например, на уже сильно нагруженные компоненты систем впрыска дизельного топлива. Системы впрыска дизельного топлива должны обеспечивать более высокое давление впрыска и повышенную точность впрыска, чтобы соответствовать требованиям уменьшения габаритов.
Следовательно, форсунки должны быть изготовлены из высокопрочных материалов.Привлекательным и недорогим вариантом является использование низколегированных сталей, то есть марок стали, содержащих не более пяти массовых процентов металлов, кроме железа.
Такие стали хорошо обрабатываются в мягком состоянии, а затем их закаливают для использования. Получается твердая поверхность с прочной сердцевиной. Ученые из Института Энглера-Бунте (KIT) в настоящее время работают над новым процессом цементации стали, а именно карбонитрацией при низком давлении: при температурах от 800 до 1050 ° C и общем давлении ниже 50 миллибар поверхность компонентов осаждается. подвергается закалке, специально обогащается углеродом и азотом, а затем упрочняется закалкой.
Проект, возглавляемый Дэвидом Кохом, направлен на изучение основ карбонитрации при низком давлении и доведение этого процесса до совершенства в сотрудничестве с исследовательскими и отраслевыми партнерами. «Карбонитрация при низком давлении сочетает в себе преимущества процессов при низком давлении с преимуществами атмосферной карбонитрации», — объясняет Дэвид Кох. Атмосферная карбонитрация повреждает поверхность деталей, обработанных окислением. Этого можно избежать с помощью процессов низкого давления. Кроме того, в детали создается более однородный профиль твердости, особенно в случае деталей сложной формы.
До сих пор карбонитрация при низком давлении проводилась почти исключительно с использованием аммиака в качестве донора азота вместе с донором углерода, то есть этином или пропаном. Ученые KIT теперь изучили другие газы и газовые смеси на предмет пригодности для карбонитрации при низком давлении. Их эффективность по обогащению поверхностного слоя углеродом и азотом проверялась на термобалансах.
Вместе с исследователями из Robert Bosch GmbH, Штутгарт, они обнаружили, что технологические газы метиламин (CH3NH2) и диметиламин ((CH3) 2NH) вызывают хорошее обогащение поверхностного слоя углеродом и азотом. Результаты, полученные при карбонитрации при низком давлении с метиламином, теперь представлены в HTM — Journal of Heat Treatment and Materials.При использовании метиламина для карбонитрации при низком давлении требуется только один газ вместо двух, и обычно применяемые две стадии процесса можно сократить до одной.
По сравнению с использованием аммиака в качестве донора азота вместе с донором углерода, только метиламин достигает более высокого обогащения азотом в поверхностном слое. Поскольку углерод попадает в поверхностный слой параллельно, продолжительность процесса значительно сокращается. Метиламин также позволяет карбонитрировать при гораздо более высоких температурах, что дополнительно сокращает продолжительность процесса.
Более того, степень использования метиламина в качестве технологического газа выше, в результате чего количество используемого газа может быть уменьшено.Ученые KIT в настоящее время работают над дальнейшей оптимизацией карбонитрации с аминами при низком давлении.
Работа сосредоточена, в частности, на улучшении однородности и свободном регулировании ввода углерода и азота. Следующая цель — перевести процесс из лабораторных в пилотные.