Published December 12, 2018 | Version v1
Publication Open

Comparative Experimental Study of Tribo-Mechanical Performance of Low-Temperature PVD Based TiN Coated PRCL Systems for Diesel Engine

Creators

  • 1. University of Engineering and Technology Lahore
  • 2. Tsinghua University
  • 3. Pakistan Council of Scientific & Industrial Research
  • 4. Northeastern University

Description

Piston ring and cylinder liner (PRCL) interface is a major contributor to the overall frictional and wear losses in an IC engine. Physical vapor deposition (PVD) based ceramic coatings on liners and rings are being investigated to address these issues. High temperature requirements for applications of conventional coating systems compromise the mechanical properties of the substrate materials. In the current study, experimental investigation of tribo-mechanical properties is conducted for various titanium nitride (TiN) coated PRCL interfaces in comparison with a commercial PRCL system. Low-temperature PVD based TiN coating is successfully achieved on the grey cast iron cylinder liner samples. Surface roughness of the grey cast iron cylinder liner substrates and the thickness of TiN coating are varied. A comprehensive comparative analysis of various PRCL interfaces is presented and all the trade-offs between various mechanical and tribological performance parameters are summarized. Coating thickness between 5 and 6 micrometres reports best tribo-mechanical behaviour. Adhesion and hardness are found to be superior for the TiN coatings deposited on cylinder liner samples with higher roughness, i.e., ~ 5-micron Ra. Maximum 62 % savings on the COF is reported for a particular PRCL system. Maximum 97% saving in cylinder liner wear rate is reported for another PRCL system.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد واجهة حلقة المكبس وبطانة الأسطوانة (PRCL) مساهماً رئيسياً في إجمالي خسائر الاحتكاك والتآكل في محرك IC. يتم التحقيق في الطلاءات الخزفية القائمة على ترسيب البخار المادي (PVD) على البطانات والحلقات لمعالجة هذه المشكلات. تؤثر متطلبات درجة الحرارة العالية لتطبيقات أنظمة الطلاء التقليدية على الخواص الميكانيكية لمواد الركيزة. في الدراسة الحالية، يتم إجراء تحقيق تجريبي للخصائص الميكانيكية الثلاثية لمختلف واجهات PRCL المطلية بنيتريد التيتانيوم (TiN) مقارنة بنظام PRCL التجاري. يتم تحقيق طلاء TiN القائم على PVD منخفض الحرارة بنجاح على عينات بطانة أسطوانة الحديد الزهر الرمادي. تتنوع خشونة سطح ركائز بطانة اسطوانة الحديد الزهر الرمادي وسماكة طلاء TiN. يتم تقديم تحليل مقارن شامل لمختلف واجهات PRCL ويتم تلخيص جميع المفاضلات بين مختلف معايير الأداء الميكانيكية والقبلية. يبلغ سمك الطلاء بين 5 و 6 ميكرومتر عن أفضل سلوك ثلاثي ميكانيكي. تم العثور على الالتصاق والصلابة متفوقة لطلاءات TiN المودعة على عينات بطانة الأسطوانة بخشونة أعلى، أي ~ 5 ميكرون Ra. يتم الإبلاغ عن وفورات بنسبة 62 ٪ كحد أقصى على COF لنظام PRCL معين. تم الإبلاغ عن توفير بنسبة 97 ٪ كحد أقصى في معدل تآكل بطانة الأسطوانة لنظام PRCL آخر.

Translated Description (French)

L'interface anneau de piston et chemise de cylindre (PRCL) est un contributeur majeur aux pertes globales par frottement et par usure dans un moteur à combustion interne. Les revêtements céramiques à base de dépôt physique en phase vapeur (PVD) sur les revêtements et les anneaux sont à l'étude pour résoudre ces problèmes. Les exigences de température élevées pour les applications des systèmes de revêtement conventionnels compromettent les propriétés mécaniques des matériaux du substrat. Dans la présente étude, une étude expérimentale des propriétés tribo-mécaniques est menée pour diverses interfaces PRCL revêtues de nitrure de titane (TiN) en comparaison avec un système PRCL commercial. Le revêtement TiN à base de PVD à basse température est réalisé avec succès sur les échantillons de chemise de cylindre en fonte grise. La rugosité de surface des substrats de chemise de cylindre en fonte grise et l'épaisseur du revêtement TiN sont variées. Une analyse comparative complète des différentes interfaces PRCL est présentée et tous les compromis entre divers paramètres de performance mécaniques et tribologiques sont résumés. L'épaisseur du revêtement entre 5 et 6 micromètres indique le meilleur comportement tribo-mécanique. L'adhérence et la dureté se sont avérées supérieures pour les revêtements de TiN déposés sur des échantillons de chemise de cylindre avec une rugosité plus élevée, c'est-à-dire environ 5 microns Ra. Des économies maximales de 62 % sur le COF sont signalées pour un système PRCL particulier. Une économie maximale de 97 % sur le taux d'usure de la chemise de cylindre est signalée pour un autre système PRCL.

Translated Description (Spanish)

La interfaz del anillo del pistón y la camisa del cilindro (PRCL) es un importante contribuyente a las pérdidas generales por fricción y desgaste en un motor de CI. Se están investigando recubrimientos cerámicos a base de deposición física de vapor (PVD) en revestimientos y anillos para abordar estos problemas. Los requisitos de alta temperatura para aplicaciones de sistemas de recubrimiento convencionales comprometen las propiedades mecánicas de los materiales del sustrato. En el estudio actual, se realiza una investigación experimental de las propiedades tribomecánicas para varias interfaces PRCL recubiertas con nitruro de titanio (TiN) en comparación con un sistema PRCL comercial. El recubrimiento de TiN a base de PVD a baja temperatura se logra con éxito en las muestras de camisa de cilindro de hierro fundido gris. La rugosidad de la superficie de los sustratos de la camisa del cilindro de hierro fundido gris y el espesor del recubrimiento de TiN son variados. Se presenta un análisis comparativo exhaustivo de varias interfaces PRCL y se resumen todas las compensaciones entre varios parámetros de rendimiento mecánico y tribológico. El espesor del recubrimiento entre 5 y 6 micrómetros informa del mejor comportamiento tribomecánico. Se encuentra que la adhesión y la dureza son superiores para los recubrimientos de TiN depositados en muestras de camisa de cilindro con mayor rugosidad, es decir, ~ 5 micrones Ra. Se informa un ahorro máximo del 62 % en el COF para un sistema PRCL en particular. Se informa un ahorro máximo del 97% en la tasa de desgaste de la camisa del cilindro para otro sistema PRCL.

Files

9437815.pdf.pdf

Files (16.1 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:6df7bd4828e4ff2dae30d0018d6bdd1d
16.1 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة تجريبية مقارنة للأداء الميكانيكي الثلاثي لأنظمة PRCL المطلية بـ PVD ذات درجة الحرارة المنخفضة لمحرك الديزل
Translated title (French)
Étude expérimentale comparative des performances tribo-mécaniques des systèmes PRCL revêtus de TiN à base de PVD à basse température pour moteur diesel
Translated title (Spanish)
Estudio experimental comparativo del rendimiento tribomecánico de sistemas PRCL recubiertos de TiN a base de PVD de baja temperatura para motores diésel

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2905161258
DOI
10.1155/2018/9437815

Is supplement to
https://openalex.org/W4390056170 (Other)
https://openalex.org/W4316511175 (Other)
https://openalex.org/W3145767693 (Other)
https://openalex.org/W2980338803 (Other)
https://openalex.org/W2691007166 (Other)
https://openalex.org/W2413776980 (Other)
https://openalex.org/W2374694446 (Other)
https://openalex.org/W2079325032 (Other)
https://openalex.org/W2055704032 (Other)
https://openalex.org/W2021291532 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1929096913
  • https://openalex.org/W1966192864
  • https://openalex.org/W1971936954
  • https://openalex.org/W2002468578
  • https://openalex.org/W2015434186
  • https://openalex.org/W2018308479
  • https://openalex.org/W2026734349
  • https://openalex.org/W2028961545
  • https://openalex.org/W2038400174
  • https://openalex.org/W2040985842
  • https://openalex.org/W2057109860
  • https://openalex.org/W2057185139
  • https://openalex.org/W2070967257
  • https://openalex.org/W2074945512
  • https://openalex.org/W2087536102
  • https://openalex.org/W2093559844
  • https://openalex.org/W2094106733
  • https://openalex.org/W2556181162
  • https://openalex.org/W2561922829
  • https://openalex.org/W309343432