Publication details
Abstracts and keywords
Rozprawa doktorska podejmuję problematykę związaną z zastosowaniem technologii implantacji jonów w celu poprawy właściwości mechanicznych materiałów stosowanych w budowie newralgicznych elementów silników spalinowych. W pracy przedstawiony został aktualny stan wiedzy dotyczący zagadnienia implantacji jonów oraz inżynierii warstwy wierzchniej. Wskazano znaczenie odporności i właściwości warstwy wierzchniej w eksploatacji maszyn. Przeprowadzono również analizę głównych przyczyn niesprawności silnika spalinowego, w celu wytypowania potencjalnych obszarów zastosowań implantacji jonowej. W oparciu o przeprowadzone studia literaturowe, na obiekt badań wybrany został stop kobaltu stellit 6. W pracy szereg badań materiałowych, m.in. badania tribologiczne, badania twardości czy badania strukturalne stopu kobaltu stellit 6, mających na celu wskazanie zmian właściwości warstwy wierzchniej tego materiału w skutek przeprowadzonej implantacji jonów azotu i manganu. Uzyskane wyniki pozwoliły zrealizować cel poznawczy pracy i na ich podstawie stwierdzono, że implantacja jonów azotu może znacząco wpłynąć na poprawę właściwości mechanicznych takich jak twardość, czy odporność na zużycie tribologiczne stopu stellit 6, który znajduje powszechne zastosowanie w wytwarzaniu zaworów silnika spalinowego. Praca posiadała również cel utylitarny, którym było wykazanie praktycznych możliwości zastosowania implantacji jonów w przemyśle silnikowym. Implantacji jonami azotu poddano zawory sterujące oraz iglice rozpylaczy wysokociśnieniowych wtryskiwaczy paliwa, stosowanych w układach zasilania typu Common Rail. Elementy te zostały następnie zamontowane we wtryskiwaczach i poddane kilkuset godzinnym testom eksploatacyjnym w stanowisku probierczym. Ocenie poddano zmiany parametrów eksploatacyjnych wtryskiwaczy takich jak wydatki objętościowe oraz efektywność wtrysku paliwa. Po przeprowadzonym teście implantowane elementy przebadano pod kątem zmian topografii powierzchni. Wykazano, że implantacja jonowa wpłynęła na ograniczenie tempa zmian topografii powierzchni implantowanych elementów, dzięki czemu zasadnym jest jej zastosowanie w celu modyfikacji właściwości warstwy wierzchniej podzespołów jednego z głównych układów silnika spalinowego, jakim jest układ zasilania silnika paliwem.
The dissertation deals with the problems related to the application of ion implantation technology to improve the mechanical properties of materials used in the construction of sensitive elements of combustion engines. The paper presents the current state of knowledge on the issue of ion implantation and surface layer engineering. The importance of resistance and properties of the surface layer in the operation of machines is indicated. An analysis of the main causes of combustion engine malfunction was also carried out to identify potential areas of ion implantation applications. Based on the conducted literature studies, the stellite 6 cobalt alloy was selected as the object of research. A number of material tests were carried out, including tribological studies, hardness tests, and structural studies of the stellite 6 cobalt alloy, aimed at indicating changes in the properties of the surface layer of this material as a result of the implantation of nitrogen and manganese ions. The obtained results allowed to realize the cognitive goal of the work and on their basis, it was found that the implantation of nitrogen ions can significantly improve the mechanical properties such as hardness or resistance to tribological wear and tear of the stellite 6 alloy, which is widely used in the manufacture of combustion engine valves. The work also had a utilitarian purpose, which was to demonstrate practical possibilities of ion implantation in the engine industry. Control valves and nozzle spires of high-pressure fuel injectors, used in Common Rail power systems, were implanted with nitrogen ions. These elements were then installed in the injectors and subjected to several hundred hours of operational tests in a test stand. Changes in injector performance parameters such as volume expenditure and fuel injection efficiency were assessed. After the test, the implanted elements were tested for changes in surface topography. It has been shown that ion implantation has limited the rate of changes in the surface topography of the implanted elements, so it is reasonable to use it to modify the properties of the surface layer of the components of one of the main systems of the internal combustion engine, which is the fuel supply system.
