Двигатели внутреннего сгорания по-прежнему имеют большой потенциал для экономии энергии и снижения выбросов. Это тенденция к двигателям меньшего размера с такой же или даже более высокой производительностью. Двигатели с меньшим рабочим объемом потребляют меньше топлива благодаря меньшему весу, меньшему трению и меньшему тепловыделению. Однако сокращение означает, что компоненты с высоким напряжением, такие как компоненты систем впрыска дизеля, подвергаются еще более высоким механическим и тепловым нагрузкам. Дизельные системы впрыска должны иметь более высокое давление впрыска и более высокую точность впрыска, чтобы соответствовать требованиям по уменьшению размеров. Следовательно, форсунки должны быть изготовлены из особо стойких материалов.
Упрочнение низколегированных сталей в поверхностном слое
Привлекательным и недорогим вариантом является использование низколегированных сталей, то есть типов стали, которые содержат максимум пять процентов по массе других металлов помимо железа. Они мягкие для работы и затем закалены для использования для достижения твердой поверхности с жестким ядром. Ученые из Института Энглера Бунте в KIT работают над новым процессом закалки стали, карбонитрирования при низком давлении: при температурах от 800 до 1050 градусов Цельсия и общем давлении ниже 50 миллибар поверхностный слой компонентов, подлежащих закалке, специально обогащен углеродом и азотом а затем закаленные путем гашения.
До настоящего времени аммиак использовался почти исключительно в качестве донора азота при карбонитрировании низкого давления в сочетании с донором углерода, обычно этином или пропаном. Исследователи из KIT исследовали другие газы и газовые смеси на предмет их пригодности для карбонитрирования при низком давлении и экспериментально проверили их эффективность в обогащении поверхностного слоя компонентов углеродом и азотом в тепловом балансе. Вместе с исследователями из Robert Bosch GmbH в Штутгарте ученые из Карлсруэ обнаружили, что метиламин (CH3NH2) и диметиламин ((CH3) 2NH) в качестве технологических газов приводят к хорошему обогащению поверхностного слоя углеродом и азотом.
Метиламин технологического газа сокращает технологические стадии
При использовании метиламина для карбонитрирования при низком давлении требуется только один газ вместо двух, а в остальном обычные две технологические стадии можно сократить до одной. По сравнению с аммиаком в качестве донора азота в сочетании с донором углерода метиламин обеспечивает более высокое обогащение азота поверхностным слоем. Поскольку углерод также вводится одновременно, время процесса значительно сокращается. Метиламин также позволяет карбонитрировать при значительно более высоких температурах, что дополнительно сокращает время процесса. Метиламин также лучше использовать в качестве технологического газа, что позволяет снизить количество используемого газа.
Ученые из KIT сейчас работают над дальнейшей оптимизацией карбонитрирования низкого давления аминами. Прежде всего, речь идет об улучшении однородности и свободной регулируемости введения углерода и азота. Следующая цель - перенести процесс из лабораторного масштаба в экспериментальный. (Qui)