Federal-Mogul Powertrain ha sviluppato un nuovo processo per classificare la resistenza alla corrosione di materiali per canne cilindro che le consentirà di fornire componenti ancora più durevoli per le applicazioni più severe. Grazie alla possibilità di fornire un confronto diretto fra materiali e processi di rivestimento differenti, la nuova metodologia di test consente sviluppi nei materiali indirizzati specificamente a quegli impieghi con carburanti di scarsa qualità e in presenza di alti livelli di EGR.
“Tassi più elevati di EGR e l’utilizzo di carburanti diesel ad alto tenore di zolfo presentano parecchie problematiche legate all’usura delle superfici del cilindro realizzate in materiali ferrosi,” commenta Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer, Federal-Mogul Powertrain. “Soluzioni avanzate per le canne realizzate tramite un processo termico di polverizzazione, come la nostra canna Sprayfit® a pareti sottili, possono combinare un’efficace dissipazione del calore con il beneficio di un’ampia gamma di superfici resistenti all’usura. Ciò nonostante, resta la necessità di valutare in modo affidabile le performance di materiali alternativi e oggi abbiamo un processo collaudato per conseguire tale obbiettivo.”
Prima del lavoro svolto da Federal-Mogul Powertrain, non esisteva alcuna procedura riconosciuta per paragonare la possibile resistenza alla corrosione di diversi materiali durante il funzionamento di un motore. La complessa connessione tra usura meccanica e corrosione implica che ognuna di esse debba essere valutata in modo indipendente in modo da identificare i materiali più resistenti.
L’usura meccanica rimuove le tracce di corrosione lasciando le superfici non protette, accelerando ulteriormente la corrosione. La superficie corrosa presenta una resistenza all’usura inferiore; ciò accelera ulteriormente l’usura, innescando un ciclo senza fine.
Federal-Mogul Powertrain ha riprodotto con accuratezza le soluzioni corrosive dei prodotti di combustione, che si formano all’interno del motore e che includono acido solforico, nitrico e acetico, e le ha utilizzate per condurre una serie di test.
Questi test includono prove di immersione, utilizzando una soluzione in ebollizione della composizione appropriata, e un’indagine elettrochimica a temperature prossime al punto di infiammabilità della soluzione, il tutto supportato da un’analisi metallografica. La soluzione di prova può essere controllata per riprodurre le proprietà di un tipico condensato di zolfo o condensato di EGR.
I risultati dei test hanno dimostrato che la corrosione più aggressiva si manifestava dopo l’esposizione al condensato di zolfo, e il suo effetto sui vari materiali è stato paragonato utilizzando come riferimento una ghisa tradizionale. Si è scoperto che la resistenza alla corrosione migliorava con maggiori contenuti di cromo e peggiorava all’aumentare del tenore di ossido (ossidi di ferro, ossidi di cromo) del materiale.
“Il nostro processo di test ci consente di identificare sia le materie prime sia i rivestimenti superficiali che abbiano le necessarie resistenza all’usura e alla corrosione anche per le applicazioni più severe di canne cilindro,” afferma il Dr.-Ing. Volker Scherer, Director, Liners, Federal-Mogul Powertrain. “Lavorando a stretto contatto con i nostri clienti, possiamo sin dall’inizio progettare le proprietà del materiale per affrontare le sfide specifiche delle sue diverse applicazioni.”
Federal-Mogul Powertrain utilizzerà i risultati di questo programma di sviluppo per indirizzare le scelte dei futuri materiali destinati ai costruttori di motori diesel, fornendo sia componenti finiti sia semilavorati.
Le canne Sprayfit
La Sprayfit® è una canna ultrasottile realizzata con materiale composito polverizzato che utilizza un processo di piantaggio tramite pressa. Questo sistema relativamente semplice migliora la qualità del prodotto e apporta significativi miglioramenti in termini termici e di peso, oltre ad assicurare ottime qualità tribologiche. Lo Sprayfit è un processo termico di polverizzazione che forma il materiale attorno a un mandrino, cominciando da uno spessore di strato ferroso di 0,5mm che viene poi rivestito di uno strato esterno in alluminio di 0,8mm. Ciò implica che i parametri della polverizzazione possono essere ottimizzati senza vincoli geometrici e non ci sono praticamente limiti nel diametro, nella lunghezza o nello spessore della canna, cosa che non succede nel caso del rivestimento diretto del cilindro, in particolare con piccoli alesaggi. La capacità di Federal-Mogul nell’ottimizzare le caratteristiche della polverizzazione consente di depositare un rivestimento compatto intorno alla superficie interna, con porosità minima e coesione estremamente elevata dell’interfaccia tra i due strati.
Il risultato è una canna estremamente sottile con lo strato ferroso come superficie di scorrimento, tribologicamente compatibile con tutti i materiali utilizzati per i segmenti e uno strato esterno composto in gran parte di leghe di alluminio, per garantire un efficace trasferimento del calore nel blocco di alluminio. Test comparativi tra diverse tipologie di canne e rivestimenti cilindri dimostrano che la soluzione Sprayfit raggiunge velocità di trasferimento del calore migliori di una qualsiasi altra canna, funzionando a temperature fino a 30°C in meno rispetto a una canna tradizionale riportata in ghisa e solo a pochi gradi in più rispetto a un cilindro con rivestimento.
Le canne Sprayfit assicurano gli stessi vantaggi del rivestimento diretto dei cilindri in termini di peso, di dimensioni dei ponticelli tra i cilindri e di superficie di scorrimento e rappresentano una valida alternativa offerta ai costruttori di motori per evitare investimenti importanti nello sviluppo del rivestimento e negli impianti.
L’esperienza di Federal-Mogul nei processi termici di polverizzazione data oltre 30 anni e include la collaudata tecnologia per le canne ibride, costituite da una tradizionale canna in ghisa con rivestimento in alluminio.
