Tecnulugia di rivestimentu di l'ingranaggi

A tecnulugia di deposizione PVD hè stata praticata per parechji anni cum'è una nova tecnulugia di mudificazione di a superficia, in particulare a tecnulugia di rivestimentu à ioni di vacuum, chì hà guadagnatu un grande sviluppu in l'ultimi anni è hè avà largamente aduprata in u trattamentu di strumenti, stampi, anelli di pistone, ingranaggi è altri cumpunenti. L'ingranaggi rivestiti preparati da a tecnulugia di rivestimentu à ioni di vacuum ponu riduce significativamente u coefficientu di attritu, migliurà l'anti-usura è certe anticorrosioni, è sò diventati u focu è u puntu caldu di a ricerca in u campu di a tecnulugia di rinfurzamentu di a superficia di l'ingranaggi.

I materiali cumuni usati per l'ingranaggi sò principalmente l'acciaio forgiatu, l'acciaio fusu, a ghisa, i metalli non ferrosi (rame, aluminiu) è i plastichi. L'acciaio hè principalmente acciaio 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. L'acciaio à bassu carbone hè principalmente adupratu in 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. L'acciaio forgiatu hè più largamente adupratu in l'ingranaggi per via di e so migliori prestazioni, mentre chì l'acciaio fusu hè generalmente adupratu per fabricà ingranaggi cù un diametru > 400 mm è una struttura cumplessa. L'ingranaggi in ghisa sò anti-colla è resistenti à a pitting, ma a mancanza di resistenza à l'impattu è à l'usura, principalmente per un travagliu stabile, a putenza ùn hè micca à bassa velocità o grande dimensione è forma cumplessa, pò travaglià in cundizione di mancanza di lubrificazione, adatta per trasmissione aperta. I metalli non ferrosi cumunimenti usati sò u bronzu di stagnu, u bronzu d'aluminiu-ferru è a lega d'aluminiu fusa, cumunimenti usati in a fabricazione di turbine o ingranaggi, ma e proprietà di scorrimentu è anti-attritu sò scarse, solu per ingranaggi leggeri, à carica media è à bassa velocità. L'ingranaggi in materiali non metallici sò principalmente usati in certi campi cù esigenze speciali, cum'è a lubrificazione senza oliu è l'alta affidabilità. U campu di cundizioni cum'è bassa inquinamentu, cum'è elettrodomestici, apparecchiature mediche, macchine alimentari è macchine tessili.

Materiali di rivestimentu di l'ingranaggi

I materiali ceramici d'ingegneria sò materiali estremamente promettenti cù alta resistenza è durezza, in particulare una eccellente resistenza à u calore, bassa conducibilità termica è espansione termica, alta resistenza à l'usura è resistenza à l'ossidazione. Un gran numeru di studii anu dimustratu chì i materiali ceramici sò intrinsecamente resistenti à u calore è anu una bassa usura di i metalli. Dunque, l'usu di materiali ceramici invece di materiali metallici per e parti resistenti à l'usura pò migliurà a vita di u sottumessu di attritu, pò risponde à alcuni di i materiali à alta temperatura è alta resistenza à l'usura, multifunzionali è altri requisiti difficili. Attualmente, i materiali ceramici d'ingegneria sò stati aduprati in a fabricazione di parti resistenti à u calore di u mutore, trasmissione meccanica in e parti di usura, apparecchiature chimiche in e parti resistenti à a corrosione è parti di sigillatura, mostrandu sempre più prospettive di applicazione larga di i materiali ceramici.

I paesi sviluppati cum'è a Germania, u Giappone, i Stati Uniti, u Regnu Unitu è ​​altri paesi attribuiscenu una grande impurtanza à u sviluppu è à l'applicazione di materiali ceramici d'ingegneria, investendu assai soldi è forza lavoro per sviluppà a teoria è a tecnulugia di trasfurmazione di a ceramica d'ingegneria. A Germania hà lanciatu un prugramma chjamatu "SFB442", u scopu di u quale hè di utilizà a tecnulugia PVD per sintetizà un film adattatu nantu à a superficia di e parte per rimpiazzà u mediu lubrificante potenzialmente dannusu per l'ambiente è u corpu umanu. PW Gold è altri in Germania anu utilizatu i fondi di SFB442 per applicà a tecnulugia PVD per deposità film sottili nantu à a superficia di i cuscinetti volventi è anu scupertu chì a prestazione antiusura di i cuscinetti volventi era significativamente migliurata è i film depositati nantu à a superficia pudianu rimpiazzà cumpletamente a funzione di l'additivi antiusura à pressione estrema. Joachim, Franz et al. in Germania anu utilizatu a tecnulugia PVD per preparà film WC/C chì dimustranu eccellenti proprietà antifatica, più alte di quelle di i lubrificanti chì cuntenenu additivi EP, un risultatu chì dà similmente a pussibilità di rimpiazzà additivi dannosi cù rivestimenti. E. Lugscheider et al. di l'Istitutu di Scienza di i Materiali, Università Tecnica di Aquisgrana, Germania, cù finanziamenti da a DFG (Cummissione di Ricerca Tedesca), anu dimustratu un aumentu significativu di a resistenza à a fatica dopu avè depositatu film adatti nantu à l'acciaiu 100Cr6 utilizendu a tecnulugia PVD. Inoltre, i Stati Uniti General Motors anu cuminciatu in u so film di deposizione di a superficia di l'ingranaggi di vittura di tipu VolvoS80Turbo per migliurà a resistenza à a pitting da fatica; a famosa cumpagnia Timken hà lanciatu u nome di film di superficia di l'ingranaggi ES200; a marca registrata MAXIT gear coating hè apparsa in Germania; e marche registrate Graphit-iC è Dymon-iC rispettivamente I rivestimenti per ingranaggi cù e marche registrate Graphit-iC è Dymon-iC sò ancu dispunibili in u Regnu Unitu.

Cum'è pezzi di ricambio impurtanti di trasmissione meccanica, l'ingranaggi ghjocanu un rolu impurtante in l'industria, dunque hè di grande impurtanza pratica studià l'applicazione di materiali ceramici nantu à l'ingranaggi. Attualmente, e ceramiche d'ingegneria applicate à l'ingranaggi sò principalmente e seguenti.

1. Stratu di rivestimentu TiN
1、TiN

U stratu ceramicu TiN di rivestimentu ionicu hè unu di i rivestimenti superficiali mudificati i più utilizati cù alta durezza, alta forza di adesione, bassu coefficiente di attritu, bona resistenza à a corrosione, ecc. Hè statu largamente utilizatu in diversi campi, in particulare in l'industria di l'utensili è di i stampi. A ragione principale chì influenza l'applicazione di u rivestimentu ceramicu nantu à l'ingranaggi hè u prublema di legame trà u rivestimentu ceramicu è u substratu. Siccomu e cundizioni di travagliu è i fattori d'influenza di l'ingranaggi sò assai più cumplicati di quelli di l'utensili è di i stampi, l'applicazione di un unicu rivestimentu TiN nantu à u trattamentu di a superficia di l'ingranaggi hè assai limitata. Ancu s'è u rivestimentu ceramicu hà i vantaghji di alta durezza, bassu coefficiente di attritu è ​​resistenza à a corrosione, hè fragile è difficiule d'ottene un rivestimentu più grossu, dunque hà bisognu di un substratu di alta durezza è alta resistenza per sustene u rivestimentu per pudè ghjucà e so caratteristiche. Dunque, u rivestimentu ceramicu hè principalmente utilizatu per a superficia di carburo è d'acciaio à alta velocità. U materiale di l'ingranaggi hè dolce paragunatu à u materiale ceramicu, è a differenza trà a natura di u sustratu è u rivestimentu hè grande, dunque a cumbinazione di u rivestimentu è di u sustratu hè scarsa, è u rivestimentu ùn hè micca abbastanza per sustene u rivestimentu, rendendu u rivestimentu faciule da cascà in u prucessu d'usu, micca solu ùn pò micca ghjucà i vantaghji di u rivestimentu ceramicu, ma e particelle di rivestimentu ceramicu chì cascanu causeranu usura abrasiva nantu à l'ingranaggi, accelerendu a perdita di usura di l'ingranaggi. A suluzione attuale hè di utilizà a tecnulugia di trattamentu di a superficia cumposta per migliurà u ligame trà a ceramica è u sustratu. A tecnulugia di trattamentu di a superficia cumposta si riferisce à a cumbinazione di u rivestimentu di deposizione di vapore fisicu è altri prucessi o rivestimenti di trattamentu di a superficia, utilizendu duie superfici / sottusuperfici separate per mudificà a superficia di u materiale di u sustratu per ottene proprietà meccaniche cumposte chì ùn ponu esse ottenute da un unicu prucessu di trattamentu di a superficia. U rivestimentu cumpostu TiN depositatu per nitrurazione ionica è PVD hè unu di i rivestimenti cumposti più ricercati. U sustratu di nitrurazione à plasma è u rivestimentu cumpostu ceramicu TiN anu un ligame forte è a resistenza à l'usura hè significativamente migliorata.

U spessore ottimale di u stratu di film TiN cù una eccellente resistenza à l'usura è un'adesione di a basa di u film hè di circa 3 ~ 4 μm. Se u spessore di u stratu di film hè menu di 2 μm, a resistenza à l'usura ùn serà micca migliurata significativamente. Se u spessore di u stratu di film hè più di 5 μm, l'adesione di a basa di u film diminuirà.

2. Rivestimentu TiN multistratu è multicumponente

Cù l'applicazione graduale è diffusa di i rivestimenti di TiN, ci sò sempre più ricerche nantu à cumu migliurà è arricchisce i rivestimenti di TiN. In l'ultimi anni, sò stati sviluppati rivestimenti multi-cumponenti è rivestimenti multistrato basati nantu à rivestimenti binari di TiN, cum'è Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, ecc. Aghjunghjendu elementi cum'è Al è Si à i rivestimenti di TiN, a resistenza à l'ossidazione à alta temperatura è a durezza di i rivestimenti ponu esse migliurate, mentre chì l'aghjunghjendu elementi cum'è B pò migliurà a durezza è a forza di adesione di i rivestimenti.

A causa di a cumplessità di a cumpusizione multicumponente, ci sò parechje cuntruversie in questu studiu. In u studiu di i rivestimenti multicumponente (Tix,Cr1-x)N, ci hè una grande cuntruversia in i risultati di a ricerca. Certi credenu chì i rivestimenti (Tix,Cr1-x)N sò basati nantu à TiN, è Cr pò esiste solu in forma di suluzione solida di sustituzione in a matrice di punti TiN, ma micca cum'è una fase CrN separata. Altri studii mostranu chì u numeru di atomi di Cr chì rimpiazzanu direttamente l'atomi di Ti in i rivestimenti (Tix,Cr1-x)N hè limitatu, è u Cr restante esiste in u statu singlettu o forma cumposti cù N. I risultati sperimentali mostranu chì l'aghjunta di Cr à u rivestimentu riduce a dimensione di e particelle di a superficia è aumenta a durezza, è a durezza di u rivestimentu righjunghji u so valore più altu quandu a percentuale di massa di Cr righjunghji u 3l%, ma ancu a tensione interna di u rivestimentu righjunghji u so valore massimu.

3, Altru stratu di rivestimentu

In più di i rivestimenti TiN cumunimenti usati, parechje ceramiche d'ingegneria diverse sò aduprate per u rinfurzamentu di a superficia di l'ingranaggi.

(1) Y. Terauchi et al. di u Giappone anu studiatu a resistenza à l'usura per attritu di l'ingranaggi ceramici di carburo di titaniu o di nitruro di titaniu depositati per mezu di u metudu di deposizione da vapore. L'ingranaggi sò stati carburati è lucidati per ottene una durezza superficiale di circa HV720 è una rugosità superficiale di 2,4 μm prima di u rivestimentu, è i rivestimenti ceramici sò stati preparati per deposizione chimica da vapore (CVD) per u carburo di titaniu è per deposizione fisica da vapore (PVD) per u nitruro di titaniu, cù un spessore di film ceramicu di circa 2 μm. E proprietà di usura per attritu sò state studiate rispettivamente in presenza d'oliu è di attritu seccu. Hè statu trovu chì a resistenza à u grippaggio è a resistenza à i graffi di a morsa di l'ingranaggi sò state sustanzialmente migliorate dopu u rivestimentu cù ceramica.

(2) U rivestimentu cumpostu di Ni-P è TiN rivestiti chimicamente hè statu preparatu pre-rivestimentendu Ni-P cum'è stratu di transizione è dopu depunendu TiN. U studiu mostra chì a durezza superficiale di questu rivestimentu cumpostu hè stata migliurata finu à un certu puntu, è u rivestimentu hè megliu ligatu à u substratu è hà una megliu resistenza à l'usura.

(3) WC/C, film sottile B4C
M. Murakawa et al., Dipartimentu di Ingegneria Meccanica, Istitutu Giapponese di Tecnulugia, anu utilizatu a tecnulugia PVD per deposità una pellicola sottile WC/C nantu à a superficia di l'ingranaggi, è a so durata di vita era trè volte quella di l'ingranaggi temprati è rettificati ordinari in cundizioni di lubrificazione senza oliu. Franz J et al. anu utilizatu a tecnulugia PVD per deposità una pellicola sottile WC/C è B4C nantu à a superficia di l'ingranaggi FEZ-A è FEZ-C, è l'esperimentu hà dimustratu chì u rivestimentu PVD hà riduttu significativamente l'attritu di l'ingranaggi, hà resu l'ingranaggi menu suscettibili à l'incollaggio à caldu o à l'incollaggio, è hà migliuratu a capacità di carica di l'ingranaggi.

(4) Film di CrN
I filmi CrN sò simili à i filmi TiN in quantu anu una durezza più alta, è i filmi CrN sò più resistenti à l'ossidazione à alta temperatura chè u TiN, anu una megliu resistenza à a corrosione, una tensione interna più bassa chè i filmi TiN, è una tenacità relativamente megliu. Chen Ling et anu preparatu un film cumpostu TiAlCrN/CrN resistente à l'usura cù un eccellente legame à basa di film nantu à a superficia di HSS, è anu ancu prupostu a teoria di l'impilamentu di dislocazioni di u film multistrato, se a differenza di energia di dislocazione trà dui strati hè grande, a dislocazione chì si verifica in un stratu serà difficiule da attraversà a so interfaccia in l'altru stratu, furmendu cusì l'impilamentu di dislocazioni à l'interfaccia è ghjucendu u rolu di rinfurzà u materiale. Zhong Bin et anu studiatu l'effettu di u cuntenutu di azotu nantu à a struttura di fase è e proprietà di usura per attritu di i filmi CrNx, è u studiu hà dimustratu chì u piccu di diffrazione Cr2N (211) in i filmi s'indebulia gradualmente è u piccu CrN (220) s'intensificava gradualmente cù l'aumentu di u cuntenutu N2, e grande particelle nantu à a superficia di u film diminuianu gradualmente è a superficia tendeva à esse piatta. Quandu l'aerazione N2 era di 25 ml/min (a corrente d'arcu di a fonte di destinazione era di 75 A), u filmu CrN depositatu hà una bona qualità di superficia, una bona durezza è una eccellente resistenza à l'usura quandu l'aerazione N2 hè di 25 ml/min (a corrente d'arcu di a fonte di destinazione hè di 75 A, a pressione negativa hè di 100 V).

(5) Pellicula superdura
U filmu superduru hè u filmu solidu cù una durezza superiore à 40GPa, una eccellente resistenza à l'usura, una resistenza à alta temperatura è un bassu coefficientu di attritu è ​​un bassu coefficientu di dilatazione termica, principalmente filmu di diamante amorfu è filmu CN. I filmi di diamante amorfi anu proprietà amorfe, senza struttura ordinata à longa distanza, è cuntenenu un gran numeru di legami tetraedrichi CC, dunque sò ancu chjamati filmi di carbone amorfi tetraedrichi. Cum'è un tipu di filmu di carbone amorfu, u rivestimentu simile à u diamante (DLC) hà parechje proprietà eccellenti simili à u diamante, cum'è alta conducibilità termica, alta durezza, altu modulu elasticu, bassu coefficientu di dilatazione termica, bona stabilità chimica, bona resistenza à l'usura è bassu coefficientu di attritu. Hè statu dimustratu chì u rivestimentu di filmi simili à u diamante nantu à e superfici di l'ingranaggi pò allargà a vita di serviziu di un fattore di 6 è migliurà significativamente a resistenza à a fatica. I filmi CN, cunnisciuti ancu cum'è filmi amorfi di carbone-azotu, anu una struttura cristallina simile à quella di i cumposti covalenti β-Si3N4 è sò ancu cunnisciuti cum'è β-C3N4. Liu è Cohen et al. anu realizatu calculi teorichi rigorosi utilizendu calculi di banda pseudopotenziale da u principiu di prima natura, cunfirmatu chì β-C3N4 hà una grande energia di ligame, una struttura meccanica stabile, almenu un statu substabile pò esiste, è u so modulu elasticu hè paragunabile à u diamante, cù bone proprietà, chì ponu migliurà efficacemente a durezza superficiale è a resistenza à l'usura di u materiale è riduce u coefficientu di attritu.

(6) Altra strata di rivestimentu resistente à l'usura in lega
Certi rivestimenti resistenti à l'usura in lega sò stati ancu pruvati à esse applicati à l'ingranaggi, per esempiu, a deposizione di un stratu di lega Ni-P-Co nantu à a superficia di u dente di l'ingranaggi d'acciaio 45# hè un stratu di lega per ottene una urganizazione di grani ultrafini, chì pò allargà a vita finu à 1.144~1.533 volte. Hè statu ancu studiatu chì u stratu di metallu Cu è u rivestimentu in lega Ni-W sò applicati nantu à a superficia di u dente di l'ingranaggi in ghisa in lega Cu-Cr-P per migliurà a so resistenza; i rivestimenti in lega Ni-W è Ni-Co sò applicati nantu à a superficia di u dente di l'ingranaggi in ghisa HT250 per migliurà a resistenza à l'usura di 4~6 volte paragunatu à l'ingranaggi senza rivestimentu.