Increasing the durability of precision parts of marine diesel engines by forming composite coatings on the surface of the plunger
Authors: Леонтьев Л.Б. , Леонтьев А.Л. , Молоков К.А. 
Published: March 2023

Основной причиной отказов плунжерных пар топливных насосов высокого давления (ТНВД) является потеря гидроплотности вследствие увеличения зазора между плунжером и втулкой из-за абразивного изнашивания сопряженных поверхностей трения, а также эрозионного и коррозионного изнашивания. Для восстановления изношенных и повышения долговечности плунжерных пар ТНВД необходимо разработать технологию формирования износостойких покрытий. Наиболее перспективным направлением восстановления и повышения износостойкости является формирование металлокерамических композиционных покрытий на основе гальванического хрома. Основной целью работы является определение оптимальных механических свойств композиционного покрытия на основе гальванического хрома и состава органо-неорганического материала для его модифицирования, обеспечивающих максимальную износостойкость и долговечность прецизионных деталей топливной аппаратуры судовых дизелей. Проведенные исследования позволили установить, что формирование композиционного покрытия на основе гальванического хрома на плунжере позволяет повысить долговечность плунжерной пары по сравнению с хромированным плунжером более чем в три раза при использовании большинства органо-неорганических материалов. Наиболее высокую износостойкость прецизионных деталей и соответственно их долговечность обеспечивает формирование покрытия на основе гальванического хрома с последующим его модифицированием вермикулитом, модифицированным хитозаном. Установлено, что наибольшее влияние на скорости изнашивания покрытия плунжера и стали ХВГ (втулка) оказывает коэффициент трения, меньшее – модуль упругости покрытия. Минимальное влияние оказывает величина упругого восстановления покрытия. Микротвердость покрытия практически не оказывает влияние на скорости изнашивания покрытия плунжера и стали ХВГ в данном диапазоне величин. Модифицирование гальванического хрома органо-неорганическими материалами позволяет существенно уменьшить коэффициент трения в плунжерной паре. Высокое содержание углерода, кремния, алюминия и марганца в поверхностном слое свидетельствует об образовании износостойкого металлокерамического покрытия.

The main reason for the failures of plunger pairs of high-pressure fuel pumps (injection pumps) is the loss of hydraulic density due to an increase in the gap between the plunger and the sleeve due to abrasive wear of the mating friction surfaces, as well as erosive and corrosive wear. To restore worn-out and increase the durability of plunger pairs of injection pumps, it is necessary to develop a technology for the formation of wear-resistant coatings. The most promising direction of restoration and improvement of wear resistance is the formation of metal-ceramic composite coatings based on galvanic chromium. The main purpose of the work is to determine the optimal mechanical properties of a composite coating based on galvanic chromium and the composition of organo- inorganic material for its modification, ensuring maximum wear resistance and durability of precision parts of the fuel equipment of marine diesel engines. The conducted studies have allowed us to establish that the formation of a composite coating based on electroplated chromium on the plunger makes it possible to increase the durability of the plunger pair in comparison with the chrome plunger by more than three times when using most organo-inorganic materials. The highest wear resistance of precision parts and, accordingly, their durability is ensured by the formation of a coating based on galvanic chromium, followed by its modification with vermiculite modified with chitosan. It is established that the coefficient of friction has the greatest influence on the wear rate of the coating of the plunger and the steel of the plunger bushing, the modulus of elasticity of the coating has the lesser. The amount of elastic recovery of the coating has a minimal effect. The microhardness of the coating has practically no effect on the wear rate of the coating of the plunger and plunger bushing in this range of values. Modification of electroplated chromium with organo-inorganic materials can significantly reduce the coefficient of friction in the plunger pair. The high content of carbon, silicon, aluminum and manganese in the surface layer indicates the formation of a wear-resistant metal-ceramic coating.