Selektivna plazemska oksidacija zlitin FeCrAl za podaljšanje obratovalne dobe žarilnih svečk za dizelske motorje
Oznaka in naziv projekta
L2-8181 - Selektivna plazemska oksidacija zlitin FeCrAl za podaljšanje obratovalne dobe žarilnih svečk za dizelske motorje
L2-8181 - Selective plasma oxidation of FeCrAl alloys for extended-lifetime of glow plugs for diesel engines
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: doc. dr. Janez Kovač
Vsebinski opis projekta
Uporaba žarilne svečke v dizelskem motorju je omejena z življenjsko dobo grelnega upora v tem elementu. Običajno je grelni upor izdelan iz žice, ki je iz visokotemperaturno obstojne Fe-Cr-Al zlitine, ki je med delovanjem segreta na temperaturo 1200°C. Premer žice je 0.15–0.35 mm in temperature tališča je 1300–1425 °C. Pri visokih temperaturah se na površini žice tvori zaščitna plast alfa-Al2O3, katera zaradi kemične inertnosti in dobrih zapornih lastnosti preprečuje difuzijo atomov v okolico in iz nje. Zaradi mehanskih napetosti, termičnih šokov in različnih raztezkov oksidne plasti ter kovinske podlage nastanejo razpoke in pore v zaščitni Al2O3 plasti, ki začne odstopati. Pri tem nastane nova oksidna plast. Ko se po določenem času v žarilni svečki porabi kisik, prav tako se porablja zaloga aluminija v grelni žici, se začne oksidna plast tanjšati. Material žice začne propadati, kar vodi do okvare svečke.
Naš predlog za rešitev problema evaporacije Al pri visoki temperaturi in podaljšanje dobe obratovanja grelne žice je izvedba nanokompozitne homogene Al-oksidne zaščitne plasti na Fe-Cr-Al zlitini s postopkom selektivne plazemske oksidacije. Po našem vedenju takšna rešitev opisanega problema še ni bila predlagana. Oksidna plast pripravljena s plazemsko oksidacijo bi zaradi svoje mikrostrukture in homogene debeline imela bistveno boljše adhezijske lastnosti in bila manj občutljiva na kemične poškodbe pri visoki temperaturi
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta
1.leto:
1M-2M: Postavitev in adaptacija plazemskega reaktorja za prototipno obdelavo žarilnih žic (IJS) 1M-2M: Zaščita plazemskega reaktorja pred visoko napetostjo in RF/UV sevanjem (IJS)
1M-6M: Pregled relevantne strokovne literature in zaščitene intelektualne lastnine o oksidaciji Fe-CrAl zlitin, o izboljšavah žarilnih svečk (IJS, AET, NTF, SF)
2M-12M: Aplikacija dvofazne plazemske obdelave modelnih materialov (žic, ploščic, kristalov Fe-Cr, Cr-Al, Fe-Cr-Al…); uporaba različnih plinov, H2, O2, H2O, Ar; določanje optimalnih parametrov obdelave (plazemski način, moč, gostota delcev…) (IJS)
1M-12M: Karakterizacija površin in oksidnih plasti referenčnih in plazemsko obdelanih materialov (IJS), Priprava zlitin in žic s prevlekami obogatenimi z Al in z drugimi reaktivnimi elementi (Ti, Zr) z melt spining metodo (NTF, IJS)
2.leto:
13M-24M: Aplikacija dvofazne plazemske obdelave modelnih materialov (žic, ploščic); uporaba različnih plinov, H2, O2, H2O, Ar; določanje optimalnih parametrov obdelave (plazemski način, moč, gostota delcev…) (IJS), Modifikacija sestave materiala žarilne žice (NTF), Adaptacija tehnologije spajanja (FS) plazemsko oksidiranih grelnih žic v grelne svečke, Študij hitrosti oksidacije in difuzijskih procesov v grelnih žicah in modelnih zlitinah v kontrolirani atmosferi (IJS, AET, NTF),Izdelava prototipnih žarilnih svečk s plazemsko obdelanimi žicami pri industrijskem partnerju (AET), Izvedba trajnostnih testov prototipnih žarilnih svečk pri industrijskem partnerju (AET), Karakterizacija materialov po trajnostnem testu (IJS, AET)
3.leto:
25M-36M: Nadaljevanje z fino optimizacijo plazemske obdelave (IJS), modifikacijo materiala (NTF), adaptacijo tehnologije spajanja (FS) in testiranja prototipnih svečk (AET)
25M-30M: Analiza vpliva polnilnega materiala (MgO + dodatki) v svečkah na žarilne žice po plazemski obdelavi (AET, IJS)
25M-36M: Zaščita intelektualne lastnine z 1 ali 2 mednarodnima patentnima prijavama (vsi partnerji), Objava 2-4 znanstvenih člankov o plazemski oksidaciji zlitin Fe-Cr-Al, izboljšanih lastnostih žarilnih svečk v uveljavljenih revijah s področja obdelav površin (vsi partnerji)
30M-36M: Objava strokovnih publikacij in seznanitev potencialnih kupcev o novi tehnologiji in izboljšanih izdelkih (AET)
Bibliografske reference
- KARPE, Blaž, KLOBČAR, Damjan, KOVAČ, Janez, BIZJAK, Milan, KOSEC, Borut, VESKOVIČ BUKUDUR, Stojana. Failure analysis of diesel engine glow plugs. Engineering failure analysis, ISSN 1350-6307, 2020, vol. 109, str. 1-8, doi: 10.1016/j.engfailanal.2020.104394. [COBISS.SI-ID 1850207]
KOSEC, Tadeja, LEGAT, Andraž, KOVAČ, Janez, KLOBČAR, Damjan. Influence of laser colour marking on the corrosion properties of low alloyed Ti. Coatings, ISSN 2079-6412, Jun. 2019, vol. 9, iss. 6, str. 1-14, ilustr. https://www.mdpi.com/2079-6412/9/6/375, doi: 10.3390/coatings9060375. [COBISS.SI-ID 2463591]
VESKOVIČ BUKUDUR, Stojana, KOVAČ, Janez, KARPE, Blaž, UMEK, Polona, NAGODE, Aleš, CERC KOROŠEC, Romana, BIZJAK, Milan. High temperature corrosion of commercial FeCrAl alloys (Kanthal AF) in nitrogen gas = korozija pri visokim temperaturama kod komercijalnih FeCrAl legura (Kanthal AF) u prisustvu azota. Journal of mining and metallurgy. Section B, Metallurgy, ISSN 1450-5339, 2019, vol. 55, iss. 1, str. 55-63, doi: 10.2298/JMMB181121012V. [COBISS.SI-ID 1803871]
EISENMENGER-SITTNER, Christoph, NÖBAUER, C., MOZETIČ, Miran, KOVAČ, Janez, ZAPLOTNIK, Rok. Stabilization of tetragonal ZrO2 by oxygen plasma treatment of sputtered ZrCu and ZrAl thin films. Surface & coatings technology, ISSN 0257-8972. [Print ed.], 2018, vol. 347, str. 270-277, doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.04.061. [COBISS.SI-ID 31436583]