Mae technoleg dyddodiad PVD wedi cael ei hymarfer ers blynyddoedd lawer fel technoleg addasu arwyneb newydd, yn enwedig technoleg cotio ïonau gwactod, sydd wedi datblygu'n fawr yn ystod y blynyddoedd diwethaf ac sydd bellach yn cael ei defnyddio'n helaeth wrth drin offer, mowldiau, cylchoedd piston, gerau a chydrannau eraill. Gall y gerau wedi'u gorchuddio a baratoir gan dechnoleg cotio ïonau gwactod leihau'r cyfernod ffrithiant yn sylweddol, gwella gwrth-wisgo a rhywfaint o wrth-cyrydiad, ac maent wedi dod yn ffocws ac yn fan poeth ymchwil ym maes technoleg cryfhau arwynebau gêr.
Y deunyddiau cyffredin a ddefnyddir ar gyfer gerau yn bennaf yw dur wedi'i ffugio, dur bwrw, haearn bwrw, metelau anfferrus (copr, alwminiwm) a phlastigau. Dur 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl yw'r prif ddefnyddiau o ddur. Defnyddir dur carbon isel yn bennaf mewn 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. Defnyddir dur wedi'i ffugio yn fwy eang mewn gerau oherwydd ei berfformiad gwell, tra bod dur bwrw fel arfer yn cael ei ddefnyddio i gynhyrchu gerau â diamedr > 400mm a strwythur cymhleth. Mae gerau haearn bwrw yn gallu gwrthsefyll glud a phyllau, ond nid oes ganddynt unrhyw wrthwynebiad effaith a gwisgo, ac maen nhw'n bennaf ar gyfer gwaith sefydlog, nid yw'r pŵer yn gyflymder isel nac yn fawr ac mae'r siâp yn gymhleth, felly gall weithio o dan yr amod nad oes ganddo iro, ac mae'n addas ar gyfer trosglwyddiad agored. Y metelau anfferrus a ddefnyddir yn gyffredin yw efydd tun, efydd alwminiwm-haearn ac aloi alwminiwm castio, a ddefnyddir yn gyffredin wrth gynhyrchu tyrbinau neu gerau, ond mae'r priodweddau llithro a gwrth-ffrithiant yn wael, dim ond ar gyfer gerau ysgafn, llwyth canolig a chyflymder isel. Defnyddir gerau deunydd anfetelaidd yn bennaf mewn rhai meysydd â gofynion arbennig, megis iro di-olew a dibynadwyedd uchel. Mewn amodau fel llygredd isel mewn meysydd fel offer cartref, offer meddygol, peiriannau bwyd a pheiriannau tecstilau.
Deunyddiau gorchuddio gêr
Mae deunyddiau ceramig peirianneg yn ddeunyddiau addawol iawn gyda chryfder a chaledwch uchel, yn enwedig ymwrthedd gwres rhagorol, dargludedd thermol isel ac ehangu thermol, ymwrthedd gwisgo uchel a gwrthiant ocsideiddio. Mae nifer fawr o astudiaethau wedi dangos bod deunyddiau ceramig yn gynhenid gwrthsefyll gwres ac nad oes ganddynt lawer o wisgo ar fetelau. Felly, gall defnyddio deunyddiau ceramig yn lle deunyddiau metel ar gyfer rhannau sy'n gwrthsefyll gwisgo wella oes yr is-ffrithiant, gall fodloni rhai o'r deunyddiau tymheredd uchel a gwrthsefyll gwisgo uchel, amlswyddogaethol a gofynion anodd eraill. Ar hyn o bryd, mae deunyddiau ceramig peirianneg wedi cael eu defnyddio wrth gynhyrchu rhannau sy'n gwrthsefyll gwres injan, trosglwyddo mecanyddol mewn rhannau gwisgo, offer cemegol mewn rhannau sy'n gwrthsefyll cyrydiad a rhannau selio, gan ddangos mwy a mwy o ragolygon cymhwysiad eang deunyddiau ceramig.
Mae gwledydd datblygedig fel yr Almaen, Japan, yr Unol Daleithiau, y Deyrnas Unedig a gwledydd eraill yn rhoi pwys mawr ar ddatblygu a chymhwyso deunyddiau cerameg peirianneg, gan fuddsoddi llawer o arian a gweithlu i ddatblygu theori prosesu a thechnoleg cerameg peirianneg. Mae'r Almaen wedi lansio rhaglen o'r enw “SFB442″, y mae ei phwrpas yn defnyddio technoleg PVD i syntheseiddio ffilm addas ar wyneb y rhannau i ddisodli'r cyfrwng iro a allai fod yn niweidiol i'r amgylchedd a'r corff dynol. Defnyddiodd PW Gold ac eraill yn yr Almaen y cyllid o SFB442 i gymhwyso technoleg PVD i ddyddodi ffilmiau tenau ar wyneb berynnau rholio a chanfod bod perfformiad gwrth-wisgo berynnau rholio wedi gwella'n sylweddol a gallai'r ffilmiau a ddyddodwyd ar yr wyneb ddisodli swyddogaeth ychwanegion gwrth-wisgo pwysau eithafol yn llwyr. Defnyddiodd Joachim, Franz et al. yn yr Almaen dechnoleg PVD i baratoi ffilmiau WC/C sy'n dangos priodweddau gwrth-flinder rhagorol, yn uwch na rhai ireidiau sy'n cynnwys ychwanegion EP, canlyniad sy'n cynhyrchu'r posibilrwydd o ddisodli ychwanegion niweidiol â haenau yn yr un modd. Dangosodd E. Lugscheider et al. o Sefydliad Gwyddor Deunyddiau, Prifysgol Dechnegol Aachen, yr Almaen, gyda chyllid gan y DFG (Comisiwn Ymchwil yr Almaen), gynnydd sylweddol mewn ymwrthedd blinder ar ôl dyddodi ffilmiau priodol ar ddur 100Cr6 gan ddefnyddio technoleg PVD. Yn ogystal, mae General Motors yr Unol Daleithiau wedi dechrau yn ei Ffilm dyddodiad wyneb gêr car math VolvoS80Turbo i wella ymwrthedd i bylu blinder; mae'r cwmni enwog Timken wedi lansio ffilm wyneb gêr o'r enw ES200; mae cotio gêr nod masnach cofrestredig MAXIT wedi ymddangos yn yr Almaen; mae cotiau gêr nod masnach cofrestredig Graphit-iC a Dymon-iC yn y drefn honno hefyd ar gael yn y DU.
Fel rhannau sbâr pwysig mewn trosglwyddiad mecanyddol, mae gerau yn chwarae rhan bwysig mewn diwydiant, felly mae o arwyddocâd ymarferol pwysig iawn astudio cymhwysiad deunyddiau ceramig ar gerau. Ar hyn o bryd, y cerameg peirianneg a gymhwysir ar y gerau yw'r canlynol yn bennaf.
1, haen cotio TiN
1, TiN
Mae haen seramig TiN wedi'i gorchuddio ag ïonau yn un o'r haenau wedi'u haddasu arwyneb a ddefnyddir fwyaf eang gyda chaledwch uchel, cryfder adlyniad uchel, cyfernod ffrithiant isel, ymwrthedd da i gyrydiad, ac ati. Fe'i defnyddiwyd yn helaeth mewn amrywiol feysydd, yn enwedig yn y diwydiant offer a llwydni. Y prif reswm sy'n effeithio ar gymhwyso haen seramig ar gerau yw'r broblem bondio rhwng yr haen seramig a'r swbstrad. Gan fod amodau gwaith a ffactorau dylanwadol gerau yn llawer mwy cymhleth na rhai offer a mowldiau, mae cymhwyso un haen TiN ar driniaeth wyneb gerau yn gyfyngedig iawn. Er bod gan haen seramig fanteision caledwch uchel, cyfernod ffrithiant isel a gwrthiant i gyrydiad, mae'n frau ac yn anodd cael haen fwy trwchus, felly mae angen caledwch uchel a swbstrad cryfder uchel i gynnal yr haen er mwyn chwarae ei nodweddion. Felly, defnyddir haen seramig yn bennaf ar gyfer arwyneb carbid a dur cyflym. Mae deunydd y gêr yn feddal o'i gymharu â'r deunydd ceramig, ac mae'r gwahaniaeth rhwng natur y swbstrad a'r haen yn fawr, felly mae cyfuniad y haen a'r swbstrad yn wael, ac nid yw'r haen yn ddigonol i gynnal y haen, gan wneud y haen yn hawdd i ddisgyn i ffwrdd yn y broses o'i defnyddio, nid yn unig na all chwarae manteision y haen seramig, ond bydd y gronynnau haen seramig sy'n disgyn i ffwrdd yn achosi traul sgraffiniol ar y gêr, gan gyflymu colli traul y gêr. Yr ateb cyfredol yw defnyddio technoleg trin wyneb cyfansawdd i wella'r bond rhwng y ceramig a'r swbstrad. Mae technoleg trin wyneb cyfansawdd yn cyfeirio at y cyfuniad o haen dyddodiad anwedd corfforol a phrosesau neu haenau trin wyneb eraill, gan ddefnyddio dau arwyneb/is-arwyneb ar wahân i addasu wyneb deunydd y swbstrad i gael priodweddau mecanyddol cyfansawdd na ellir eu cyflawni trwy un broses trin wyneb. Mae haen gyfansawdd TiN a ddyddodir gan nitridiad ïon a PVD yn un o'r haenau cyfansawdd a ymchwiliwyd iddynt fwyaf. Mae gan y swbstrad nitridiad plasma a'r haen gyfansawdd seramig TiN fond cryf ac mae'r ymwrthedd i wisgo wedi'i wella'n sylweddol.
Y trwch gorau posibl ar gyfer haen ffilm TiN gyda gwrthiant gwisgo a bondio sylfaen ffilm rhagorol yw tua 3 ~ 4μm. Os yw trwch yr haen ffilm yn llai na 2μm, ni fydd y gwrthiant gwisgo yn gwella'n sylweddol. Os yw trwch yr haen ffilm yn fwy na 5μm, bydd y bondio sylfaen ffilm yn lleihau.
2、Cotio TiN aml-haen, aml-gydran
Gyda chymhwyso haenau TiN yn raddol ac yn eang, mae mwy a mwy o ymchwiliadau ar sut i wella a gwella haenau TiN. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae haenau aml-gydran a haenau aml-haen wedi'u datblygu yn seiliedig ar haenau TiN deuaidd, fel Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, ac ati. Trwy ychwanegu elfennau fel Al a Si at haenau TiN, gellir gwella'r ymwrthedd i ocsideiddio tymheredd uchel a chaledwch yr haenau, tra gall ychwanegu elfennau fel B wella caledwch a chryfder adlyniad yr haenau.
Oherwydd cymhlethdod y cyfansoddiad aml-gydran, mae llawer o ddadleuon yn yr astudiaeth hon. Yn yr astudiaeth o orchuddion aml-gydran (Tix,Cr1-x)N, mae dadlau mawr yng nghanlyniadau'r ymchwil. Mae rhai pobl yn credu bod orchuddion (Tix,Cr1-x)N yn seiliedig ar TiN, a dim ond ar ffurf toddiant solet amnewid yn y matrics dot TiN y gall Cr fodoli, ond nid fel cyfnod CrN ar wahân. Mae astudiaethau eraill yn dangos bod nifer yr atomau Cr sy'n disodli atomau Ti yn uniongyrchol mewn orchuddion (Tix,Cr1-x)N yn gyfyngedig, ac mae'r Cr sy'n weddill yn bodoli yn y cyflwr sengl neu'n ffurfio cyfansoddion gydag N. Mae'r canlyniadau arbrofol yn dangos bod ychwanegu Cr at y cotio yn lleihau maint y gronynnau arwyneb ac yn cynyddu'r caledwch, ac mae caledwch y cotio yn cyrraedd ei werth uchaf pan fydd canran màs Cr yn cyrraedd 3l%, ond mae straen mewnol y cotio hefyd yn cyrraedd ei werth uchaf.
3, haen cotio arall
Yn ogystal â'r haenau TiN a ddefnyddir yn gyffredin, defnyddir llawer o wahanol serameg peirianneg ar gyfer cryfhau wyneb gêr.
(1)Astudiodd Y. Terauchi et al. o Japan wrthwynebiad i wisgo ffrithiannol gerau ceramig titaniwm carbid neu ditaniwm nitrid a adneuwyd gan y dull dyddodiad anwedd. Cafodd y gerau eu carbureiddio a'u sgleinio i gyflawni caledwch arwyneb o tua HV720 a garwedd arwyneb o 2.4 μm cyn eu cotio, a pharatowyd y cotiau ceramig gan ddyddodiad anwedd cemegol (CVD) ar gyfer titaniwm carbid a chan ddyddodiad anwedd ffisegol (PVD) ar gyfer titaniwm nitrid, gyda thrwch ffilm ceramig o tua 2 μm. Ymchwiliwyd i'r priodweddau gwisgo ffrithiannol ym mhresenoldeb olew a ffrithiant sych, yn y drefn honno. Canfuwyd bod ymwrthedd crafu a gwrthiant crafu'r feis gêr wedi gwella'n sylweddol ar ôl eu cotio â cheramig.
(2) Paratowyd haen gyfansawdd o Ni-P a TiN wedi'u gorchuddio'n gemegol trwy rag-haenu Ni-P fel haen drawsnewid ac yna dyddodi TiN. Mae'r astudiaeth yn dangos bod caledwch wyneb yr haen gyfansawdd hon wedi'i gwella i ryw raddau, ac mae'r haen wedi'i bondio'n well â'r swbstrad ac mae ganddi wrthwynebiad gwisgo gwell.
(3) WC/C, ffilm denau B4C
Defnyddiodd M. Murakawa et al., Adran Peirianneg Fecanyddol, Sefydliad Technoleg Japan, dechnoleg PVD i ddyddodi ffilm denau WC/C ar wyneb gerau, ac roedd ei hoes gwasanaeth dair gwaith yn fwy na gerau cyffredin wedi'u diffodd a'u malu o dan amodau iro di-olew. Defnyddiodd Franz J et al. dechnoleg PVD i ddyddodi ffilm denau WC/C a B4C ar wyneb gerau FEZ-A a FEZ-C, a dangosodd yr arbrawf fod y cotio PVD wedi lleihau ffrithiant y gêr yn sylweddol, gan wneud y gêr yn llai agored i gludo poeth neu gludo, a gwella gallu cario llwyth y gêr.
(4) ffilmiau CrN
Mae ffilmiau CrN yn debyg i ffilmiau TiN gan fod ganddynt galedwch uwch, ac mae ffilmiau CrN yn fwy gwrthsefyll ocsideiddio tymheredd uchel na TiN, mae ganddynt wrthwynebiad cyrydiad gwell, straen mewnol is na ffilmiau TiN, a chaledwch cymharol well. Paratôdd Chen Ling et ffilm gyfansawdd TiAlCrN/CrN sy'n gwrthsefyll traul gyda bondio rhagorol yn seiliedig ar ffilm ar wyneb HSS, a chynigiodd hefyd y theori pentyrru dadleoliad ar gyfer ffilm amlhaenog, os yw'r gwahaniaeth ynni dadleoliad rhwng dwy haen yn fawr, bydd yn anodd i'r dadleoliad sy'n digwydd mewn un haen groesi ei ryngwyneb i'r haen arall, gan ffurfio'r pentyrru dadleoliad ar y rhyngwyneb a chwarae rôl cryfhau'r deunydd. Astudiodd Zhong Bin et effaith cynnwys nitrogen ar strwythur cyfnod a phriodweddau gwisgo ffrithiannol ffilmiau CrNx, a dangosodd yr astudiaeth fod brig diffractiad Cr2N (211) yn y ffilmiau wedi gwanhau'n raddol a bod brig CrN (220) wedi gwella'n raddol gyda chynnydd cynnwys N2, bod y gronynnau mawr ar wyneb y ffilm wedi lleihau'n raddol ac roedd yr wyneb yn tueddu i fod yn wastad. Pan oedd yr awyru N2 yn 25 ml/mun (cerrynt arc y ffynhonnell darged oedd 75 A), mae gan y ffilm CrN a adneuwyd ansawdd arwyneb da, caledwch da a gwrthiant gwisgo rhagorol pan fydd yr awyru N2 yn 25ml/mun (cerrynt arc y ffynhonnell darged yw 75A, pwysau negyddol yw 100V).
(5) Ffilm caled iawn
Ffilm solet gyda chaledwch sy'n fwy na 40GPa, ymwrthedd gwisgo rhagorol, ymwrthedd tymheredd uchel a chyfernod ffrithiant isel a chyfernod ehangu thermol isel yw ffilm uwch-galed, yn bennaf ffilm diemwnt amorffaidd a ffilm CN. Mae gan ffilmiau diemwnt amorffaidd briodweddau amorffaidd, dim strwythur trefnus hirdymor, ac maent yn cynnwys nifer fawr o fondiau tetrahedrol CC, felly fe'u gelwir hefyd yn ffilmiau carbon amorffaidd tetrahedrol. Fel math o ffilm carbon amorffaidd, mae gan orchudd tebyg i ddiemwnt (DLC) lawer o briodweddau rhagorol tebyg i ddiemwnt, megis dargludedd thermol uchel, caledwch uchel, modwlws elastigedd uchel, cyfernod ehangu thermol isel, sefydlogrwydd cemegol da, ymwrthedd gwisgo da a chyfernod ffrithiant isel. Dangoswyd y gall cotio ffilmiau tebyg i ddiemwnt ar arwynebau gêr ymestyn oes y gwasanaeth o ffactor o 6 a gwella'r ymwrthedd blinder yn sylweddol. Mae gan ffilmiau CN, a elwir hefyd yn ffilmiau carbon-nitrogen amorffaidd, strwythur crisial tebyg i strwythur cyfansoddion cofalent β-Si3N4 ac fe'u gelwir hefyd yn β-C3N4. Liu a Cohen et al. wedi cynnal cyfrifiadau damcaniaethol trylwyr gan ddefnyddio cyfrifiadau band ffug-botensial o'r egwyddor natur gyntaf, cadarnhaodd fod gan β-C3N4 egni rhwymo mawr, strwythur mecanyddol sefydlog, y gall o leiaf un cyflwr is-sefydlog fodoli, a bod ei fodiwlws elastigedd yn gymharol â diemwnt, gyda phriodweddau da, a all wella caledwch arwyneb a gwrthiant gwisgo'r deunydd yn effeithiol a lleihau'r cyfernod ffrithiant.
(6) Haen gorchudd gwrthsefyll traul aloi arall
Mae rhai haenau aloi sy'n gwrthsefyll traul hefyd wedi cael eu ceisio i'w rhoi ar gerau, er enghraifft, mae dyddodiad haen aloi Ni-P-Co ar wyneb dannedd gerau dur 45# yn haen aloi i gael trefniadaeth grawn mân iawn, a all ymestyn yr oes hyd at 1.144 ~ 1.533 gwaith. Astudiwyd hefyd fod haen fetel Cu a haen aloi Ni-W yn cael eu rhoi ar wyneb dannedd gêr haearn bwrw aloi Cu-Cr-P i wella ei gryfder; mae haenau aloi Ni-W a Ni-Co yn cael eu rhoi ar wyneb dannedd gêr haearn bwrw HT250 i wella'r ymwrthedd i wisgo 4 ~ 6 gwaith o'i gymharu â'r gêr heb ei orchuddio.
Amser postio: Tach-07-2022