Title

TRIBOLOGICAL STUDIES OF COATED PISTONS AGAINST CYLINDER LINERS IN LABORATORY TEST CONDITIONS

ESTUDOS TRIBOLÓGICOS DE PISTÕES REVESTIDOS CONTRA CAMISA DE CILINDRO EM CONDIÇÕES DE TESTES LABORATORIAIS

Authorship

Demas, Nicholaos G.; Fenske, George R.; Erck, Robert A.; Ajayi, Oyelayo O.

Demas, Nicholaos G.

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Fenske, George R.

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Erck, Robert A.

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Ajayi, Oyelayo O.

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DOI

10.5151/5463-5463-17364

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Abstract

The presence of coatings and surface topography play an important role in the tribological performance of sliding components. Depending on the coating used, it is possible to reduce friction and/or prevent premature wear. However, while there may be low friction and wear resistant coatings suitable for use in pistons, some coatings may have high wear rates hindering the tribological performance of the parts by changing the lubrication regime from boundary to mixed, or by preventing additives from their intended function through chemical mechanisms. In this work, piston skirt segments extracted from a commercial aluminum alloy piston, were coated with a nickel-polytetrafluoroethylene (Ni-PTFE) coating, a graphite-resin coating and a diamond-like carbon (DLC) coating and were tribologically tested using a reciprocating laboratory test rig against gray cast iron liner segments also extracted from a commercial system. The tribological tests were conducted in commercial synthetic motor oils and basestocks at temperatures up to 120oC with a 2 cm-stroke length at a reciprocating frequency of 2 Hz. Results showed that the graphite/resin coating is a good break-in coating when used in formulated oil, but wears quickly, leading to morphological changes and subsequent changes in tribological performance. The Ni-PTFE coating showed a friction reduction in formulated oil, while the DLC coating showed little wear. However, in the basestock oil, while friction reduction was achieved through morphological changes, excessive wear of the graphite-resin and DLC coatings was observed.

Revestimentos e a topografia de superfícies têm um importante papel no desempenho tribológico de componentes deslizantes. Dependendo do revestimento utilizado, é possível reduzir o atrito e/ou prevenir o desgaste prematuro. Todavia, embora possam existir revestimentos com baixo atrito e resistência ao desgaste, adequados para o uso em pistões, alguns revestimentos podem ter altas taxas de desgaste; impedindo o desempenho tribológico das partes, alterando o regime de lubrificação de limítrofe para mista, ou prevenindo elementos aditivos da função planejada por meio de mecanismos químicos. Neste trabalho, os segmentos de saia de pistão foram extraídos de um pistão de liga de alumínio comercial; recobertos com um revestimento base de níquel-politetrafluoroetileno (Ni-PTFE), uma camada de resina de grafite e filme de carbono tipo diamante (DLC) e tribologicamente testados, utilizando ensaios de bancada laboratoriais recíproco-linear contra segmentos de camisa de ferro fundido cinzento, também extraído de um sistema comercial. Os testes tribológicos foram realizados com óleos sintéticos de motor e óleos-base em temperatura de até 120°C, com deslocamento recíproco de 2 cm e freqüência de 2 Hz. Os resultados mostraram que a camada de resina de grafite é um bom revestimento atenuador quando utilizado em meio a óleos formulados, porém desgasta-se rapidamente, levando a alterações morfológicas e subsequente mudanças no desempenho tribológico. O revestimento de Ni-PTFE apresentou redução no atrito em meio ao óleo formulado, enquanto o DLC apresentou baixo desgaste. Entretanto, nos óleos-base, enquanto a redução do atrito foi obtida através de mudanças topográficas, o desgaste excessivo da resina de grafite e do DLC foi observada.

Keywords

Piston skirt; Coatings; Friction; Wear.

Aba do pistão; Revestimentos; Atrito; Desgaste.