تحاول جميع شركات تصنيع السيارات العالمية حل مشكلة المقاومة الحرارية لمكابس محرك الاحتراق الداخلي. اقترح علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية طريقة غير مكلفة وعالية الكفاءة وصديقة للبيئة لحماية المحرك من الحرارة الزائدة.
«يقول ديمتري جيريبتسوف دكتور في علوم الكيمياء ، باحث أول في قسم علوم المواد والكيمياء الفيزيائية للمواد في جامعة جنوب الأورال الحكومية: نقترح تطبيق طبقة حاجز حراري على سطح مكابس محرك الاحتراق الداخلي، والتي تختلف عن نظائرها الأجنبية والمحلية حيث سيتم تطبيقها عن طريق الرش التفجيري وتتكون من مكونين - وهي عبارة عن مسحوق دقيق من زجاج الكوارتز، الرابط بين جزيئاته عبارة عن سبيكة ألومنيوم بلاستيكية. إن رش خليط من هذين المسحوقين معًا سيحل مشكلتين كبيرتين: إنشاء طبقة ذات موصلية حرارية منخفضة، وفي الوقت نفسه الحفاظ على قوة كافية ومقاومة للتشقق والتقشير».
كما تجري دراسات مماثلة في جميع أنحاء العالم. تعتمد الطلاءات التي تم اختبارها بشكل أساسي على أكسيد الألومنيوم وأكسيد الزركونيوم. يأمل علماء تشيليابينسك أن يتيح الكوارتز، الذي يوصل الحرارة بشكل سيئ، تحقيق حماية أعلى ضد انتقال الحرارة. وهذا يعني أنه من الأفضل حماية سبائك الألومنيوم للمكبس من تأثيرات الغازات الساخنة في غرفة الاحتراق بالمحرك.
ميزة أخرى لتطوير علماء تشيليابينسك هي طريقة التطبيق.
«إن جوهر طريقة رش التفجير هو أنه بسبب طاقة انفجار خليط الغاز، يتم تسريع جزيئات المادة المطبقة وتسخينها إلى درجات حرارة قريبة من نقطة الانصهار، كما يوضح كيريل باشكيف - وهو مهندس في قسم تكنولوجيا المعلومات والقياس بجامعة جنوب الأورال الحكومية: عندما ينفجر خليط من الأسيتيلين والأكسجين، تطير الجسيمات بسرعات تفوق سرعة الصوت في لحظة الاصطدام، تتشوه هذه الجسيمات الساخنة وتلتصق ببعضها البعض، وبالتالي تشكل طبقة مركبة».
يكمن تعقيد العمل في حقيقة أن مواد المصدر لها درجات حرارة انصهار مختلفة: يذوب أكسيد السيليكون عند 1720 درجة مئوية ، وأكسيد الألومنيوم في عام 2050 ، ويجب تسخين أكسيد الزركونيوم إلى 2420 درجة. بحيث لا يتم تكسير الطلاء المركب أثناء المكبس ، فمن الضروري أن تحدد معاملات التمدد الحراري لجميع مكونات المواد.
«يقول كيريل باشكييف: من الممكن القيام بذلك بعدة طرق- الأسهل هو رش طبقة إضافية من المواد على مكبس الألومنيوم ، معامل التمدد الحراري الذي يكون بين الألمنيوم والأكسيد. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون طلاء النيكل أو الفولاذ المقاوم للصدأ ، وهو ما يوزع الحمل ويساوي التشوهات. سوف نحصل على بنية نفخة للطلاء. الطريقة الثانية هي خلط جزء الأكسيد مع جزء معين من جزيئات المعادن. والآن نخلط هذه القاعدة المعدنية مع أكسيد السيليكون في نسب مختلفة من أجل دراسة خصائص الحواجب الحرارية ومحاولة مواءمة معاملات التمدد الحراري في الطلاء والمكبس بحيث يكون طلاءنا متينًا».
حيث تم حتى الآن استخدام طريقة الرش المتفجر في إنتاج الطائرات وتكنولوجيا الفضاء، على سبيل المثال، لمعالجة فوهات المحركات النفاثة. الآن "تهاجر" هذه التكنولوجيا إلى الهندسة الميكانيكية. وبحسب العلماء، إذا نجحت التجارب، فسيكون من الممكن زيادة عمر المحرك بنسبة 10 إلى 20 بالمائة. وفي الوقت نفسه، يعد الرش المتفجر في حد ذاته عملية سريعة ورخيصة نسبيًا. من حيث كثافة العمالة والتكاليف، فهو يشبه الطلاء بالنيكل والكروم ويمكن دمجه بسهولة في السلاسل التكنولوجية لأي مؤسسة روسية. في الوقت نفسه، يتم إطلاق المواد المسرطنة أثناء طلاء الكروم والنيكل في محلات الجلفانية، كما أن الرش التفجيري آمن بيئيًا. حيث أن مادة إنتاج الطلاء المركب – الكوارتز – غير مكلفة وشائعة جدًا. لذلك، بشكل عام، يجب أن يكون كل هذا طريقة اقتصادية للغاية و"نظيفة" ولا تتطلب استثمارات رأسمالية خاصة.
يأمل علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية في الحصول على طلاء يستحق الاهتمام خلال العام المقبل والانتقال إلى الاختبار في المختبرات الصناعية. يمكن للشركات الهندسية الروسية الرائدة أن تصبح شريكة، حيث يمكن استخدام مادة الحاجز الحراري المركبة في أي محركات مكبسية - من سيارة الركاب إلى الجرار.