Publikováno

Termální keramické povlaky (TBC) pro motorsport a zvýšení výkonu

Termální keramické povlaky (Thermal Barrier Coatings – TBC) jsou specializované žáruvzdorné vrstvy určené k izolaci a ochraně kovových součástí před extrémními teplotami (často až 1 000–1 600 °C). Tyto pokročilé technologie se využívají především v motorsportu, letectví a energetice pro výrazné zvýšení výkonu a prodloužení životnosti motorových dílů. Nově se snažíme rozšířit naše služby v této oblasti TBC povlaků a nabídnout špičkovou ochranu pro váš motor.

Hlavní funkce a přínosy TBC

  • Tepelná bariéra: Snižuje přestup tepla do materiálu součástky, čímž chrání komponenty před tepelnou únavou, deformací a tavením.
  • Snížení sálavého tepla: Aplikace na výfukové svody dokáže snížit teplotu v motorovém prostoru o 30 % až 50 % (cca o 50 °C), což zlepšuje sání chladného vzduchu a chrání okolní elektroniku.
  • Zvýšení výkonu: „Uvězněné“ teplo ve výfukovém systému zvyšuje rychlost proudění plynů (tzv. scavenging efekt), což vede k nárůstu koňských sil a točivého momentu.
  • Ochrana proti korozi a oxidaci: Brání degradaci kovů za extrémních teplot, což je kritické u turbodmychadel a namáhaných výfuků.
  • Vysoká odolnost při minimální tloušťce: I přes velmi tenkou nanášenou vrstvu poskytuje TBC extrémní izolační schopnosti a vysokou mechanickou i chemickou odolnost.

Klíčové aplikace v motoru: Písty a ventily

Kromě výfukových systémů aplikujeme termální bariéry na nejvíce namáhané vnitřní komponenty spalovacího motoru:

  • Dna pístů: Keramický povlak izoluje hliníkovou slitinu před žárem, zabraňuje přehřívání, eliminuje riziko detonační destrukce a zvyšuje termodynamickou účinnost.
  • Spalovací ventily: Povlakování chrání ventily před teplotními cykly a korozí, čímž prodlužuje jejich životnost v závodním režimu.

Typy aplikací a špičkové materiály

Pro dosažení maximálních funkčních vlastností využíváme specifické technologické postupy a materiály prověřené v nejvyšších ligách motorsportu. Aby nanesená keramika vydržela obrovské tlaky a extrémní tepelné šoky, nanáší se na písty a vnitřní díly v propracované vícevrstvé struktuře:

  • Kovová vazebná mezivrstva (Bond Coat): Speciální slitina na bázi NiCrAlY (nikl, chrom, hliník, yttrium). Nanáší se přímo na hliníkový podklad, kde vyrovnává rozdílnou tepelnou roztažnost mezi kovem a keramikou a garantuje, že se povlak neodloupne.
  • Hlavní izolační vrstva (Top Coat): Samotná funkční keramika o tloušťce 0,15 až 0,35 mm, která drží teplo a chrání materiál.

Používané technologické postupy nástřiku:

  1. Keramické povlaky aplikované plazmou (APS): Umožňují nanášení vysoce čistých materiálů s dokonalou vazbou na podklad pro extrémní tepelnou izolaci.
  2. Keramické povlaky žárovým nástřikem (PTWA): Využívají přenos elektrického oblouku v plazmovém proudu pro vytvoření vysoce odolné ochranné bariéry.
  3. Kovovokeramické povlaky žárovým nástřikem (PTWA): Kombinují mechanické vlastnosti kovové matrice s odolností keramiky, což zajišťuje skvělou přilnavost a odolnost proti teplotním cyklům.
  4. Polymerové žárové nástřiky: Pokročilé povlaky (např. na bázi PTFE či MoS2) navržené pro snížení tření a opotřebení, ideální pro sukně pístů a mechanicky namáhané kluzné plochy.

Mezi nejpoužívanější materiály pro spalovací prostory patří oxid zirkoničitý stabilizovaný yttriem (YSZ), který vyniká extrémně nízkou tepelnou vodivostí. Pro specifické účely a vysokou odolnost proti opotřebení využíváme také směsi na bázi oxidu chromu nebo vysoce stabilní mullit.

Kde termální keramiku u nás aplikujeme?

Naše technologické zázemí nám umožňuje nanášet ochranné povlaky na klíčové komponenty, kde zásadním způsobem měníme termodynamiku celého motoru:

  • Výfukové svody a potrubí: Nejčastější aplikace pro radikální snížení sálání tepla. Provádíme povrchovou i vnitřní úpravu svodů. Teplo zůstává uvnitř potrubí, zrychluje výplach válců a zvyšuje výkon.
  • Turbodmychadla: Ochrana litinové skříně turba před praskáním vlivem extrémního střídání teplot a zajištění rychlejšího náběhu a proudění plynů.
  • Písty a spalovací komory: Keramický TBC povlak na dně pístu funguje jako tepelný štít – neabsorbuje teplo do hliníku, ale odráží ho zpět do spalovacího prostoru. Tím zvyšuje termodynamickou účinnost hoření směsi (dostanete více výkonu z paliva). Keramika zároveň eliminuje kritická žhavá místa (hot spots), čímž výrazně snižuje riziko detonačního hoření (klepání) a dovoluje agresivnější bezpečné naladění. Samotné tělo pístu pod keramikou navíc zůstává až o 50 °C chladnější, což brání jeho deformaci a propálení.
  • Chlazení a sání: Efektivní odstínění nasávaného vzduchu od motorového žáru a znatelná úspora místa v motorovém prostoru oproti běžným izolačním omotávkám či štítům.

Máte zájem o profesionální plazmový nástřik?

Ať už stavíte čistokrevný závodní speciál pro motorsport, nebo hledáte spolehlivý způsob renovace a tepelné ochrany namáhaných dílů, rádi pro vás navrhneme optimální řešení TBC povlaku na míru.

Nenechávejte výkon unikat pod kapotu. Ozvěte se nám, probereme váš projekt a navrhneme nejvhodnější typ keramického nástřiku!

Publikováno — Komentáře: 2

Ceramic coating motorových části a dílů

Od června 2019 firma Atte provádí úpravu motorových dílů, turbodmychadel a části výfuku včetně svodů keramickým a tepelně izolačním povrchem (ceramic coating). Povrch je nanášen žárovým nástřikem (PTWA) a finální vytrvzení keramického materiálu je prováděno za stále teploty v komorové elektrické peci v ochranné atmosféře až do teploty 1200 °C a to podle velikosti dílů a složení metalizace. Lze aplikovat na většinu kovových materiálů včetně nerezové oceli a hliníkových slitin.

Jsme schopni nabídnout různé typy povrchů a různé barevné provedení nebo čiré provedení. Tepelné odstínění se pohybuje 30%. Celková teplota v motorovém prostoru se může snížit až o 50 °C. Je možné takto upravit nové i použité díly, které projdou před žárovým nástřikem kompletní renovaci a přípravou povrchu.

Výfukové svody

Výhody úpravy žárovým nástřikem:

  • větší odolnost vysokým teplotám
  • větší mechanická odolnosti vůči oděru
  • větší odolnost vůči korozi
  • větší životnost dílů a celého motoru
  • větší účinnost (např turbodmychadel, výfukových svodů)

Turbínová skříň

Snížení teploty v číslech

Podle testů výrobce i nezávislých měření v motorsportu:

  • Snížení sálavého tepla dokáže snížit povrchovou teplotu v motorovém prostoru o 30 % až 50 % (v závislosti na tloušťce vrstvy a proudění vzduchu).
  • Povrchová teplota:  Pokud mají výfukové svody bez úpravy 600 °C, s úpravou se sálání do okolí (např. k sání nebo elektronice) sníží tak, jako by měly jen cca 400 °C.

Keramická úprava pístů motoru Ecoboost