Ratbedekkingstegnologie

PVD-afsettingstegnologie word al jare lank as 'n nuwe oppervlakmodifikasietegnologie beoefen, veral vakuumioonbedekkingstegnologie, wat die afgelope paar jaar groot ontwikkeling getoon het en nou wyd gebruik word in die behandeling van gereedskap, vorms, suierringe, ratte en ander komponente. Die bedekte ratte wat deur vakuumioonbedekkingstegnologie voorberei word, kan die wrywingskoëffisiënt aansienlik verminder, slytasie en sekere anti-korrosie verbeter, en het die fokus en warm punt van navorsing op die gebied van ratoppervlakversterkingstegnologie geword.

Die algemene materiale wat vir ratte gebruik word, is hoofsaaklik gesmede staal, gietstaal, gietyster, nie-ysterhoudende metale (koper, aluminium) en plastiek. Staal is hoofsaaklik 45-staal, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Lae koolstofstaal word hoofsaaklik in 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo gebruik. Gesmede staal word meer algemeen in ratte gebruik as gevolg van sy beter werkverrigting, terwyl gietstaal gewoonlik gebruik word om ratte met 'n deursnee van > 400 mm en komplekse struktuur te vervaardig. Gietysterratte is bestand teen gom en putvorming, maar het 'n gebrek aan impak- en slytasiebestandheid, hoofsaaklik vir stabiele werk, krag is nie lae spoed of groot grootte en komplekse vorm nie, kan werk onder die voorwaarde van die gebrek aan smering, geskik vir oop transmissie. Nie-ysterhoudende metale wat algemeen gebruik word, is tinbrons, aluminium-ysterbrons en gietaluminiumlegering, wat algemeen gebruik word in die vervaardiging van turbines of ratte, maar die gly- en wrywingseienskappe is swak, slegs vir ligte, medium-last en laespoedratte. Nie-metaalratte word hoofsaaklik in sommige velde met spesiale vereistes gebruik, soos olievrye smering en hoë betroubaarheid. Die velde van toestande soos lae besoedeling, soos huishoudelike toestelle, mediese toerusting, voedselmasjinerie en tekstielmasjinerie.

Ratbedekkingsmateriaal

Ingenieurs-keramiekmateriale is uiters belowende materiale met hoë sterkte en hardheid, veral uitstekende hittebestandheid, lae termiese geleidingsvermoë en termiese uitbreiding, hoë slytasie- en oksidasiebestandheid. 'n Groot aantal studies het getoon dat keramiekmateriale inherent hittebestand is en lae slytasie op metale het. Daarom kan die gebruik van keramiekmateriale in plaas van metaalmateriale vir slytasiebestande onderdele die lewensduur van die wrywingsub verbeter, kan voldoen aan sommige van die hoëtemperatuur- en hoë slytasiebestande materiale, multifunksionele en ander streng vereistes. Tans word ingenieurs-keramiekmateriale gebruik in die vervaardiging van enjinhittebestande onderdele, meganiese transmissie in die slytasieonderdele, chemiese toerusting in die korrosiebestande onderdele en verseëlingsonderdele, wat toenemend die wye toepassingsvooruitsigte van keramiekmateriale toon.

Ontwikkelde lande soos Duitsland, Japan, die Verenigde State, die Verenigde Koninkryk en ander lande heg groot waarde aan die ontwikkeling en toepassing van ingenieurskeramiekmateriale, en belê baie geld en mannekrag om die verwerkingsteorie en -tegnologie van ingenieurskeramiek te ontwikkel. Duitsland het 'n program genaamd "SFB442" van stapel gestuur, waarvan die doel is om PVD-tegnologie te gebruik om 'n geskikte film op die oppervlak van die onderdele te sintetiseer om die potensieel skadelike smeermiddel vir die omgewing en die menslike liggaam te vervang. PW Gold en ander in Duitsland het die befondsing van SFB442 gebruik om PVD-tegnologie toe te pas om dun films op die oppervlak van rollagers neer te sit en het gevind dat die anti-slytasieprestasie van rollagers aansienlik verbeter is en dat die films wat op die oppervlak neergesit is, die funksie van ekstreme druk anti-slytasie-bymiddels heeltemal kon vervang. Joachim, Franz et al. in Duitsland het PVD-tegnologie gebruik om WC/C-films voor te berei wat uitstekende anti-moegheidseienskappe toon, hoër as dié van smeermiddels wat EP-bymiddels bevat, 'n resultaat wat eweneens die moontlikheid bied om skadelike bymiddels met bedekkings te vervang. E. Lugscheider et al. van die Instituut vir Materiaalkunde, Tegniese Universiteit van Aken, Duitsland, met befondsing van die DFG (Duitse Navorsingskommissie), het 'n beduidende toename in moegheidsweerstand getoon nadat toepaslike films op 100Cr6-staal met behulp van PVD-tegnologie neergesit is. Daarbenewens het die Verenigde State General Motors begin in sy VolvoS80Turbo-tipe motorrat-oppervlakafsettingsfilm om weerstand teen moegheidputte te verbeter; die bekende Timken-maatskappy het die naam ES200-rat-oppervlakfilm bekendgestel; die geregistreerde handelsmerk MAXIT-ratbedekking het in Duitsland verskyn; die geregistreerde handelsmerk Graphit-iC en Dymon-iC onderskeidelik. Ratbedekkings met die geregistreerde handelsmerke Graphit-iC en Dymon-iC is ook in die VK beskikbaar.

As belangrike onderdele van meganiese transmissie speel ratte 'n belangrike rol in die industrie, daarom is dit van baie praktiese belang om die toepassing van keramiekmateriale op ratte te bestudeer. Tans is die ingenieurskeramiek wat op ratte toegepas word, hoofsaaklik die volgende.

1. TiN-laag
1. TiN

Ioonbedekking TiN-keramieklaag is een van die mees gebruikte oppervlakgemodifiseerde bedekkings met hoë hardheid, hoë adhesiesterkte, lae wrywingskoëffisiënt, goeie korrosiebestandheid, ens. Dit word wyd gebruik in verskeie velde, veral in die gereedskap- en vormbedryf. Die hoofrede wat die toepassing van keramiekbedekkings op ratte beïnvloed, is die bindingsprobleem tussen die keramiekbedekking en die substraat. Aangesien die werksomstandighede en beïnvloedende faktore van ratte baie meer ingewikkeld is as dié van gereedskap en vorms, is die toepassing van 'n enkele TiN-bedekking op ratoppervlakbehandeling baie beperk. Alhoewel keramiekbedekking die voordele van hoë hardheid, lae wrywingskoëffisiënt en korrosiebestandheid het, is dit bros en moeilik om 'n dikker laag te verkry, daarom benodig dit 'n hoë hardheid en hoë sterkte substraat om die bedekking te ondersteun om sy eienskappe te behou. Daarom word keramiekbedekkings meestal gebruik vir karbied- en hoëspoedstaaloppervlakke. Die ratmateriaal is sag in vergelyking met die keramiekmateriaal, en die verskil tussen die aard van die substraat en die deklaag is groot, dus is die kombinasie van die deklaag en die substraat swak, en die deklaag is nie genoeg om die deklaag te ondersteun nie, wat die deklaag maklik maak om tydens die gebruiksproses af te val. Nie net kan die voordele van die keramiekbedekking nie benut word nie, maar die keramiekbedekkingsdeeltjies wat afval, sal ook skuurslytasie op die rat veroorsaak, wat die slytasieverlies van die rat versnel. Die huidige oplossing is om saamgestelde oppervlakbehandelingstegnologie te gebruik om die binding tussen die keramiek en die substraat te verbeter. Saamgestelde oppervlakbehandelingstegnologie verwys na die kombinasie van fisiese dampafsettingsbedekking en ander oppervlakbehandelingsprosesse of -bedekkings, deur twee afsonderlike oppervlaktes/onderoppervlaktes te gebruik om die oppervlak van die substraatmateriaal te verander om saamgestelde meganiese eienskappe te verkry wat nie deur 'n enkele oppervlakbehandelingsproses bereik kan word nie. TiN-saamgestelde deklaag wat deur ioonnitrering en PVD neergelê word, is een van die mees nagevorsde saamgestelde bedekkings. Die plasma-nitreringsubstraat en TiN-keramiek-saamgestelde deklaag het 'n sterk binding en die slytasieweerstand word aansienlik verbeter.

Die optimale dikte van die TiN-filmlaag met uitstekende slytasieweerstand en filmbasisbinding is ongeveer 3~4μm. As die dikte van die filmlaag minder as 2μm is, sal die slytasieweerstand nie noemenswaardig verbeter word nie. As die dikte van die filmlaag meer as 5μm is, sal die filmbasisbinding verminder word.

2, Meerlaagse, meerkomponent TiN-laag

Met die geleidelike en wydverspreide toepassing van TiN-bedekkings, is daar meer en meer navorsing oor hoe om TiN-bedekkings te verbeter en te versterk. In onlangse jare is multikomponent-bedekkings en multilaag-bedekkings ontwikkel gebaseer op binêre TiN-bedekkings, soos Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, ens. Deur elemente soos Al en Si by TiN-bedekkings te voeg, kan die weerstand teen hoëtemperatuuroksidasie en hardheid van die bedekkings verbeter word, terwyl die byvoeging van elemente soos B die hardheid en adhesiesterkte van die bedekkings kan verbeter.

As gevolg van die kompleksiteit van die multikomponent-samestelling, is daar baie kontroversies in hierdie studie. In die studie van (Tix,Cr1-x)N multikomponent-bedekkings, is daar 'n groot kontroversie in die navorsingsresultate. Sommige mense glo dat (Tix,Cr1-x)N-bedekkings gebaseer is op TiN, en Cr kan slegs bestaan ​​in die vorm van 'n vervangende vaste oplossing in die TiN-puntmatriks, maar nie as 'n aparte CrN-fase nie. Ander studies toon dat die aantal Cr-atome wat Ti-atome direk in (Tix,Cr1-x)N-bedekkings vervang, beperk is, en die oorblywende Cr bestaan ​​in die enkelvoudige toestand of vorm verbindings met N. Die eksperimentele resultate toon dat die byvoeging van Cr tot die bedekking die oppervlakdeeltjiegrootte verminder en die hardheid verhoog, en die hardheid van die bedekking bereik sy hoogste waarde wanneer die massapersentasie Cr 3l% bereik, maar die interne spanning van die bedekking bereik ook sy maksimum waarde.

3, Ander deklaag

Benewens die algemeen gebruikte TiN-bedekkings, word baie verskillende ingenieurskeramiek gebruik vir die versterking van ratoppervlakke.

(1) Y. Terauchi et al. van Japan het die weerstand teen wrywingslytasie van titaniumkarbied- of titaniumnitried-keramiekratte bestudeer wat deur die dampafsettingsmetode neergelê is. Die ratte is gekarburiseer en gepoleer om 'n oppervlakhardheid van ongeveer HV720 en 'n oppervlakruheid van 2.4 μm te bereik voor bedekking, en die keramiekbedekkings is voorberei deur chemiese dampafsetting (CVD) vir titaniumkarbied en deur fisiese dampafsetting (PVD) vir titaniumnitried, met 'n keramiekfilmdikte van ongeveer 2 μm. Die wrywingslytasie-eienskappe is ondersoek in die teenwoordigheid van olie en droë wrywing, onderskeidelik. Daar is gevind dat die vriesweerstand en krasweerstand van die ratskroef aansienlik verbeter is na bedekking met keramiek.

(2) 'n Saamgestelde laag van chemies bedekte Ni-P en TiN is voorberei deur Ni-P as 'n oorgangslaag voor te bedek en dan TiN neer te sit. Die studie toon dat die oppervlakhardheid van hierdie saamgestelde laag tot 'n mate verbeter is, en die laag is beter gebind met die substraat en het beter slytasieweerstand.

(3) WC/C, B4C dunfilm
M. Murakawa et al., Departement Meganiese Ingenieurswese, Japan Instituut vir Tegnologie, het PVD-tegnologie gebruik om WC/C-dunfilm op die oppervlak van ratte te deponeer, en die lewensduur daarvan was drie keer dié van gewone gebluste en geslypte ratte onder olievrye smeertoestande. Franz J et al. het PVD-tegnologie gebruik om WC/C- en B4C-dunfilm op die oppervlak van FEZ-A- en FEZ-C-ratte te deponeer, en die eksperiment het getoon dat die PVD-laag die ratwrywing aansienlik verminder het, die rat minder vatbaar gemaak het vir warm gom of plak, en die dravermoë van die rat verbeter het.

(4) CrN-films
CrN-films is soortgelyk aan TiN-films deurdat hulle hoër hardheid het, en CrN-films is meer bestand teen hoëtemperatuuroksidasie as TiN, het beter korrosieweerstand, laer interne spanning as TiN-films, en relatief beter taaiheid. Chen Ling et al. het 'n slytasiebestande TiAlCrN/CrN-saamgestelde film met uitstekende filmgebaseerde binding op die oppervlak van HSS voorberei, en het ook die ontwrigtingsstapelingteorie van meerlaagfilm voorgestel. As die ontwrigtingsenergieverskil tussen twee lae groot is, sal die ontwrigting wat in een laag plaasvind, moeilik wees om die koppelvlak na die ander laag oor te steek, wat sodoende die ontwrigtingsstapeling by die koppelvlak vorm en die rol speel om die materiaal te versterk. Zhong Bin et al. het die effek van stikstofinhoud op die fasestruktuur en wrywingsslytasie-eienskappe van CrNx-films bestudeer, en die studie het getoon dat die Cr2N (211) diffraksiepiek in die films geleidelik verswak het en die CrN (220) piek geleidelik toegeneem het met die toename van N2-inhoud, die groot deeltjies op die filmoppervlak geleidelik afgeneem het en die oppervlak geneig was om plat te wees. Toe die N2-belugting 25 ml/min was (teikenbronboogstroom was 75 A), het die neergesette CrN-film goeie oppervlakkwaliteit, goeie hardheid en uitstekende slytasieweerstand wanneer die N2-belugting 25 ml/min is (teikenbronboogstroom is 75A, negatiewe druk is 100V).

(5) Superharde film
Superharde film is die soliede film met 'n hardheid groter as 40GPa, uitstekende slytasieweerstand, hoë temperatuurweerstand en lae wrywingskoëffisiënt en lae termiese uitbreidingskoëffisiënt, hoofsaaklik amorfe diamantfilm en CN-film. Amorfe diamantfilms het amorfe eienskappe, geen langafstand geordende struktuur nie, en bevat 'n groot aantal CC-tetraëdriese bindings, daarom word hulle ook tetraëdriese amorfe koolstoffilms genoem. As 'n soort amorfe koolstoffilm het diamantagtige bedekking (DLC) baie uitstekende eienskappe soortgelyk aan diamant, soos hoë termiese geleidingsvermoë, hoë hardheid, hoë elastiese modulus, lae termiese uitbreidingskoëffisiënt, goeie chemiese stabiliteit, goeie slytasieweerstand en lae wrywingskoëffisiënt. Daar is getoon dat die bedekking van diamantagtige films op ratoppervlaktes die lewensduur met 'n faktor van 6 kan verleng en die moegheidsweerstand aansienlik kan verbeter. CN-films, ook bekend as amorfe koolstof-stikstoffilms, het 'n kristalstruktuur soortgelyk aan dié van β-Si3N4 kovalente verbindings en staan ​​ook bekend as β-C3N4. Liu en Cohen et al. Streng teoretiese berekeninge is uitgevoer met behulp van pseudopotensiaalbandberekeninge vanaf die eerste-natuurbeginsel, en het bevestig dat β-C3N4 'n groot bindingsenergie, 'n stabiele meganiese struktuur, ten minste een substabiele toestand het, en die elastiese modulus daarvan is vergelykbaar met diamant, met goeie eienskappe, wat die oppervlakhardheid en slytasieweerstand van die materiaal effektief kan verbeter en die wrywingskoëffisiënt kan verminder.

(6) Ander slytasiebestande laag van legering
Sekere slytasiebestande bedekkings van legerings is ook al probeer om op ratte aan te wend, byvoorbeeld, die afsetting van 'n Ni-P-Co-legeringslaag op die tandoppervlak van 45#-staalratte is 'n legeringslaag om ultra-fyn korrelorganisasie te verkry, wat die lewensduur tot 1.144~1.533 keer kan verleng. Daar is ook bestudeer dat 'n Cu-metaallaag en 'n Ni-W-legeringslaag op die tandoppervlak van Cu-Cr-P-legeringsgietysterratte aangebring word om die sterkte daarvan te verbeter; Ni-W- en Ni-Co-legeringslaag word op die tandoppervlak van HT250-gietysterratte aangebring om die slytasiebestandheid met 4~6 keer te verbeter in vergelyking met die onbedekte ratte.