PVD-depona teknologio estas praktikata dum multaj jaroj kiel nova surfacmodifa teknologio, precipe vakuojona tegaĵa teknologio, kiu akiris grandan disvolviĝon en la lastaj jaroj kaj nun estas vaste uzata en la traktado de iloj, muldiloj, piŝtringoj, dentradoj kaj aliaj komponantoj. La tegitaj dentradoj preparitaj per vakuojona tegaĵa teknologio povas signife redukti la frotokoeficienton, plibonigi kontraŭeluziĝon kaj certan kontraŭkorodan reziston, kaj fariĝis la fokuso kaj varmpunkto de esplorado en la kampo de dentsurfaca fortigteknologio.
La komunaj materialoj uzataj por dentradoj estas ĉefe forĝita ŝtalo, gisita ŝtalo, gisfero, neferaj metaloj (kupro, aluminio) kaj plastoj. Ŝtalo estas ĉefe 45-ŝtalo, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Malalt-karbona ŝtalo estas ĉefe uzata kiel 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. Forĝita ŝtalo estas pli vaste uzata en dentradoj pro sia pli bona funkciado, dum gisita ŝtalo estas kutime uzata por fabriki dentradojn kun diametro > 400mm kaj kompleksa strukturo. Gisferaj dentradoj estas kontraŭgluaj kaj kaviĝrezistaj, sed ne havas bato- kaj eluziĝreziston, ĉefe por stabila laboro, ne havas malaltan potencon aŭ grandan grandecon kaj kompleksan formon, povas funkcii sub kondiĉoj de manko de lubrikado, taŭga por malferma transmisio. Neferaj metaloj ofte uzataj estas stana bronzo, aluminio-fera bronzo kaj fandita aluminio-alojo, ofte uzataj en la fabrikado de turbinoj aŭ dentradoj, sed la glitaj kaj kontraŭfrikciaj ecoj estas malbonaj, nur por malpezaj, mezŝarĝaj kaj malrapidaj dentradoj. Dentradoj el nemetalaj materialoj estas ĉefe uzataj en iuj kampoj kun specialaj postuloj, kiel senolea lubrikado kaj alta fidindeco. Kampoj de kondiĉoj kiel malalta poluado, kiel hejmaj aparatoj, medicina ekipaĵo, nutraĵmaŝinaro kaj tekstila maŝinaro.
Ilarkovraj materialoj
Inĝenieraj ceramikaj materialoj estas ekstreme esperigaj materialoj kun alta forto kaj malmoleco, precipe bonega varmorezisto, malalta varmokondukteco kaj termika ekspansio, alta eluziĝrezisto kaj oksidiĝrezisto. Granda nombro da studoj montris, ke ceramikaj materialoj estas esence varmorezistaj kaj havas malaltan eluziĝon de metaloj. Tial, la uzo de ceramikaj materialoj anstataŭ metalaj materialoj por eluziĝrezistaj partoj povas plibonigi la vivon de la frikciaj subŝtofoj, povas plenumi iujn el la altaj temperatur- kaj alt-eluziĝrezistaj materialoj, multfunkciaj kaj aliaj severaj postuloj. Nuntempe, inĝenieraj ceramikaj materialoj estas uzataj en la fabrikado de motorvarmorezistaj partoj, mekanika transmisio en eluziĝpartoj, kemia ekipaĵo en korod-rezistaj partoj kaj sigelantaj partoj, montrante pli kaj pli vastajn perspektivojn por apliko de ceramikaj materialoj.
Evoluintaj landoj kiel Germanio, Japanio, Usono, Britio kaj aliaj landoj atribuas grandan gravecon al la disvolviĝo kaj apliko de inĝenieraj ceramikaj materialoj, investante multan monon kaj laborforton por disvolvi la prilaboran teorion kaj teknologion de inĝenieraj ceramikoj. Germanio lanĉis programon nomatan "SFB442", kies celo estas uzi PVD-teknologion por sintezi taŭgan filmon sur la surfaco de la partoj por anstataŭigi la eble damaĝan lubrikan medion por la medio kaj homa korpo. PW Gold kaj aliaj en Germanio uzis la financadon de SFB442 por apliki PVD-teknologion por deponi maldikajn filmojn sur la surfaco de rullagroj kaj trovis, ke la kontraŭeluziĝa agado de rullagroj estis signife plibonigita kaj la filmoj deponitaj sur la surfaco povus tute anstataŭigi la funkcion de ekstremapremaj kontraŭeluziĝaj aldonaĵoj. Joachim, Franz kaj aliaj en Germanio uzis PVD-teknologion por prepari WC/C-filmojn montrantajn bonegajn kontraŭlaciĝajn ecojn, pli altajn ol tiuj de lubrikaĵoj enhavantaj EP-aldonaĵojn, rezulto kiu simile donas la eblecon anstataŭigi damaĝajn aldonaĵojn per tegaĵoj. E. Lugscheider kaj aliaj de la Instituto de Materiala Scienco, Teknika Universitato de Aachen, Germanio, kun financado de la DFG (Germana Esplorkomisiono), montris signifan pliiĝon en lacecrezisto post deponado de taŭgaj filmoj sur 100Cr6-ŝtalo uzante PVD-teknologion. Krome, la usona General Motors komencis en... ĝia filmo pri deponado de ilarsurfaco por aŭtomobila tipo VolvoS80Turbo por plibonigi reziston al laciĝa kaviĝo; la fama kompanio Timken lanĉis la nomon ES200 filmo pri ilarsurfaco; la registrita varmarko MAXIT "gear coating" aperis en Germanio; la registritaj varmarkoj Graphit-iC kaj Dymon-iC respektive "gear coatings" kun la registritaj varmarkoj Graphit-iC kaj Dymon-iC ankaŭ haveblas en Britio.
Kiel gravaj rezervaj partoj de mekanika transmisio, dentradoj ludas gravan rolon en industrio, tial estas tre praktika kaj grava studi la aplikon de ceramikaj materialoj sur dentradoj. Nuntempe, la inĝenieraj ceramikaĵoj aplikataj al la dentradoj estas ĉefe la jenaj.
1. TiN-tegaĵa tavolo
1、Stano
Jona tegaĵo TiN-ceramika tavolo estas unu el la plej vaste uzataj surfacmodifitaj tegaĵoj kun alta malmoleco, alta adherforto, malalta frotkoeficiento, bona korodrezisto, ktp. Ĝi estas vaste uzata en diversaj kampoj, precipe en la ilo- kaj muldilindustrio. La ĉefa kialo influanta la aplikon de ceramika tegaĵo sur dentradoj estas la ligproblemo inter la ceramika tegaĵo kaj la substrato. Ĉar la laborkondiĉoj kaj influfaktoroj de dentradoj estas multe pli komplikaj ol tiuj de iloj kaj muldiloj, la apliko de ununura TiN-tegaĵo sur la dentrada surfaca traktado estas tre limigita. Kvankam ceramika tegaĵo havas la avantaĝojn de alta malmoleco, malalta frotkoeficiento kaj korodrezisto, ĝi estas fragila kaj malfacile akirebla pli dika tegaĵo, do ĝi bezonas altan malmolecon kaj altfortan substraton por subteni la tegaĵon por ludi siajn karakterizaĵojn. Tial, ceramika tegaĵo estas plejparte uzata por karbidaj kaj rapidŝtalaj surfacoj. La ilara materialo estas mola kompare kun la ceramika materialo, kaj la diferenco inter la naturo de la substrato kaj la tegaĵo estas granda, do la kombinaĵo de la tegaĵo kaj la substrato estas malbona, kaj la tegaĵo ne sufiĉas por subteni la tegaĵon, kio faciligas la defalon de la tegaĵo dum la uzado. Ne nur ne povas ludi la avantaĝojn de la ceramika tegaĵo, sed la defalantaj ceramikaj tegaĵaj partikloj kaŭzos abrazian eluziĝon sur la ilaro, akcelante la eluzperdon de la ilaro. La nuna solvo estas uzi kompozitan surfactraktadan teknologion por plibonigi la ligadon inter la ceramiko kaj la substrato. Kompozita surfactraktada teknologio rilatas al la kombinaĵo de fizika vapora deponada tegaĵo kaj aliaj surfactraktadaj procezoj aŭ tegaĵoj, uzante du apartajn surfacojn/subsurfacojn por modifi la surfacon de la substrata materialo por akiri kompozitajn mekanikajn ecojn, kiujn ne eblas atingi per ununura surfactraktada procezo. TiN-kompozita tegaĵo deponita per jona nitridado kaj PVD estas unu el la plej esplorataj kompozitaj tegaĵoj. La plasma nitrida substrato kaj TiN-ceramika kompozita tegaĵo havas fortan ligadon kaj la eluziĝrezisto estas signife plibonigita.
La optimuma dikeco de TiN-filmtavolo kun bonega eluziĝrezisto kaj filmbazligado estas ĉirkaŭ 3~4 μm. Se la dikeco de la filmtavolo estas malpli ol 2 μm, la eluziĝrezisto ne pliboniĝos signife. Se la dikeco de la filmtavolo estas pli ol 5 μm, la filmbazligado malpliiĝos.
2. Multtavola, multkomponenta TiN-tegaĵo
Kun la laŭgrada kaj ĝeneraligita apliko de TiN-tegaĵoj, ekzistas pli kaj pli da esploroj pri kiel plibonigi kaj plifortigi TiN-tegaĵojn. En la lastaj jaroj, plurkomponentaj tegaĵoj kaj plurtavolaj tegaĵoj estis evoluigitaj bazitaj sur binaraj TiN-tegaĵoj, kiel Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, ktp. Aldonante elementojn kiel Al kaj Si al TiN-tegaĵoj, la rezisto al alttemperatura oksidiĝo kaj malmoleco de la tegaĵoj povas esti plibonigitaj, dum aldonante elementojn kiel B povas plibonigi la malmolecon kaj adheran forton de la tegaĵoj.
Pro la komplekseco de la plurkomponenta konsisto, ekzistas multaj disputoj en ĉi tiu studo. En la studo de (Tix,Cr1-x)N plurkomponentaj tegaĵoj, ekzistas granda disputo pri la esplorrezultoj. Kelkaj homoj kredas, ke (Tix,Cr1-x)N tegaĵoj baziĝas sur TiN, kaj Cr povas ekzisti nur en la formo de anstataŭiga solida solvaĵo en la TiN-punkta matrico, sed ne kiel aparta CrN-fazo. Aliaj studoj montras, ke la nombro de Cr-atomoj rekte anstataŭigantaj Ti-atomojn en (Tix,Cr1-x)N tegaĵoj estas limigita, kaj la restanta Cr ekzistas en la singleta stato aŭ formas kombinaĵojn kun N. La eksperimentaj rezultoj montras, ke la aldono de Cr al la tegaĵo reduktas la surfacan partiklan grandecon kaj pliigas la malmolecon, kaj la malmoleco de la tegaĵo atingas sian plej altan valoron kiam la masa procento de Cr atingas 3l%, sed la interna streĉo de la tegaĵo ankaŭ atingas sian maksimuman valoron.
3. Alia tegaĵa tavolo
Aldone al la ofte uzataj TiN-tegaĵoj, multaj malsamaj inĝenieraj ceramikaĵoj estas uzataj por plifortigi ilarsurfacojn.
(1) Y. Terauchi kaj aliaj el Japanio studis la reziston al frikcia eluziĝo de titana karbido aŭ titana nitrida ceramikaj dentradoj deponitaj per la vapora deponada metodo. La dentradoj estis carburigitaj kaj poluritaj por atingi surfacan malmolecon de ĉirkaŭ HV720 kaj surfacan krudecon de 2.4 μm antaŭ la tegaĵo, kaj la ceramikaj tegaĵoj estis preparitaj per kemia vapora deponado (CVD) por titana karbido kaj per fizika vapora deponado (PVD) por titana nitrido, kun ceramika filmdikeco de ĉirkaŭ 2 μm. La frikciaj eluziĝaj ecoj estis esploritaj en la ĉeesto de oleo kaj seka frikcio, respektive. Oni trovis, ke la frota rezisto kaj gratrezisto de la dentŝraŭbo estis konsiderinde plibonigitaj post tegaĵo per ceramiko.
(2) Kompozita tegaĵo el kemie tegitaj Ni-P kaj TiN estis preparita per antaŭtegaĵo de Ni-P kiel transira tavolo kaj poste deponado de TiN. La studo montras, ke la surfaca malmoleco de ĉi tiu kompozita tegaĵo estis plibonigita ĝis ia grado, kaj la tegaĵo estas pli bone ligita kun la substrato kaj havas pli bonan eluziĝreziston.
(3) WC/C, B4C maldika filmo
M. Murakawa kaj aliaj, de la Fako pri Mekanika Inĝenierarto de la Japana Instituto pri Teknologio, uzis PVD-teknologion por deponi maldikan filmon de WC/C sur la surfacon de dentradoj, kaj ĝia funkcidaŭro estis trioble pli longa ol tiu de ordinaraj malvarmigitaj kaj muelitaj dentradoj sub senoleaj lubrikaj kondiĉoj. Franz J kaj aliaj uzis PVD-teknologion por deponi maldikan filmon de WC/C kaj B4C sur la surfacon de FEZ-A kaj FEZ-C dentradoj, kaj la eksperimento montris, ke la PVD-tegaĵo signife reduktis la frikcion de la dentrado, igis la dentradon malpli sentema al varma gluado aŭ algluado, kaj plibonigis la ŝarĝoportantan kapablon de la dentrado.
(4) CrN-filmoj
CrN-filmoj similas al TiN-filmoj ĉar ili havas pli altan malmolecon, kaj CrN-filmoj estas pli rezistemaj al alttemperatura oksidiĝo ol TiN, havas pli bonan korodreziston, pli malaltan internan streĉon ol TiN-filmoj, kaj relative pli bonan durecon. Chen Ling kaj kolegoj preparis eluziĝ-rezistan TiAlCrN/CrN kompozitan filmon kun bonega filmobazita ligado sur la surfaco de HSS, kaj ankaŭ proponis la teorion pri disloka stakado de plurtavola filmo: se la diferenco en disloka energio inter du tavoloj estas granda, la dislokacio okazanta en unu tavolo malfacile transiros sian interfacon en la alian tavolon, tiel formante la dislokacian stakadon ĉe la interfaco kaj ludante la rolon de fortigo de la materialo. Zhong Bin kaj kolegoj studis la efikon de nitrogena enhavo sur la fazstrukturon kaj frikciajn eluziĝajn ecojn de CrNx-filmoj, kaj la studo montris, ke la Cr2N (211) difrakta pinto en la filmoj iom post iom malfortiĝis kaj la CrN (220) pinto iom post iom plifortiĝis kun la pliiĝo de N2-enhavo, la grandaj partikloj sur la filmsurfaco iom post iom malpliiĝis kaj la surfaco tendencis esti plata. Kiam la N2-aerumado estis 25 ml/min (cela fonta arkfluo estis 75 A), la deponita CrN-filmo havas bonan surfacan kvaliton, bonan malmolecon kaj bonegan eluziĝreziston kiam la N2-aerumado estas 25 ml/min (cela fonta arkfluo estas 75 A, negativa premo estas 100 V).
(5) Supermalmola filmo
Supermalmola filmo estas solida filmo kun malmoleco pli granda ol 40GPa, bonega eluziĝrezisto, alta temperaturrezisto kaj malalta frikcia koeficiento kaj malalta termika ekspansiokoeficiento, ĉefe amorfa diamanta filmo kaj CN-filmo. Amorfaj diamantaj filmoj havas amorfajn ecojn, neniun longdistancan ordigitan strukturon, kaj enhavas grandan nombron da CC-tetraedraj ligoj, tial ili ankaŭ nomiĝas tetraedraj amorfaj karbonaj filmoj. Kiel speco de amorfa karbonaj filmoj, diamant-simila tegaĵo (DLC) havas multajn bonegajn ecojn similajn al diamanto, kiel ekzemple alta varmokondukteco, alta malmoleco, alta elasta modulo, malalta koeficiento de termika ekspansio, bona kemia stabileco, bona eluziĝrezisto kaj malalta frikcia koeficiento. Estis montrite, ke tegaĵo de diamant-similaj filmoj sur dentradosurfacoj povas plilongigi la servodaŭron je faktoro de 6 kaj signife plibonigi la lacecreziston. CN-filmoj, ankaŭ konataj kiel amorfaj karbon-nitrogenaj filmoj, havas kristalstrukturon similan al tiu de β-Si3N4-kovalentaj kombinaĵoj kaj ankaŭ estas konataj kiel β-C3N4. Liu kaj Cohen et al. plenumis rigorajn teoriajn kalkulojn uzante pseŭdopotencialajn bendkalkulojn de la unua-natura principo, konfirmis, ke β-C3N4 havas grandan ligenergion, stabilan mekanikan strukturon, almenaŭ unu substabilan staton povas ekzisti, kaj ĝian elastan modulon kompareblan al diamanto, kun bonaj ecoj, kiuj povas efike plibonigi la surfacan malmolecon kaj eluziĝreziston de la materialo kaj redukti la frikcian koeficienton.
(6) Alia alojo-eluziĝ-rezista tegaĵtavolo
Kelkaj alojaj eluziĝ-rezistaj tegaĵoj ankaŭ estis provitaj por esti aplikitaj al dentradoj, ekzemple, la deponado de alojtavolo Ni-P-Co sur la dentsurfaco de 45# ŝtalaj dentradoj estas alojtavolo por atingi ultrafajnan grenan organizon, kiu povas plilongigi la vivdaŭron ĝis 1,144~1,533-oble. Ankaŭ estis studite, ke Cu-metala tavolo kaj Ni-W-aloja tegaĵo estas aplikitaj sur la dentsurfaco de Cu-Cr-P-gisfera dentrado por plibonigi ĝian forton; Ni-W kaj Ni-Co-alojaj tegaĵoj estas aplikitaj sur la dentsurfaco de HT250-gisfera dentrado por plibonigi la eluziĝreziston je 4~6-oble kompare kun la netegita dentrado.
Afiŝtempo: 7-a de novembro 2022