PVD-ôfsettingstechnology wurdt al jierren brûkt as in nije oerflakmodifikaasjetechnology, benammen fakuüm-ioncoatingtechnology, dy't de lêste jierren in grutte ûntwikkeling hat trochmakke en no in soad brûkt wurdt yn 'e behanneling fan ark, mallen, pistonringen, tandwielen en oare komponinten. De bedekte tandwielen dy't taret binne troch fakuüm-ioncoatingtechnology kinne de wriuwingskoëffisjint signifikant ferminderje, de wearbestindige funksje en bepaalde anty-korrosjebestriding ferbetterje, en binne it fokus en hotspot wurden fan ûndersyk op it mêd fan technology foar it fersterkjen fan it oerflak fan tandwielen.
De gewoane materialen dy't brûkt wurde foar gears binne benammen smeid stiel, getten stiel, getten izer, non-ferro metalen (koper, aluminium) en plestik. Stiel is benammen 45 stiel, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Leech koalstofstiel wurdt benammen brûkt yn 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. Smeid stiel wurdt faker brûkt yn gears fanwegen syn bettere prestaasjes, wylst getten stiel meastentiids brûkt wurdt om gears te meitsjen mei in diameter fan mear as 400 mm en in komplekse struktuer. Getten izeren gears binne bestand tsjin lijm en putting, mar hawwe in gebrek oan ynfloed- en slijtvastheid, benammen foar stabyl wurk, lege snelheid of grutte krêft en komplekse foarm, en kinne wurkje ûnder betingsten fan gebrek oan smering, geskikt foar iepen oerdrachten. Net-ferro metalen dy't faak brûkt wurde binne tinbrûns, aluminium-izerbrûns en getten aluminiumlegering, dy't faak brûkt wurde by de produksje fan turbines of gears, mar de glide- en wriuwingseigenskippen binne min, allinich geskikt foar lichte, middelgrutte en lege-snelheid gears. Net-metalen gears wurde benammen brûkt yn fjilden mei spesjale easken, lykas oaljefrije smering en hege betrouberens. It giet om omstannichheden lykas lege fersmoarging, lykas húshâldlike apparaten, medyske apparatuer, itenmasines en tekstylmasines.
Materialen foar it coaten fan gears
Yngenieurskeramyske materialen binne tige beloftefolle materialen mei hege sterkte en hurdens, benammen poerbêste waarmtebestriding, lege termyske geliedingsfermogen en termyske útwreiding, hege slijtvastheid en oksidaasjebestriding. In grut oantal stúdzjes hawwe oantoand dat keramyske materialen ynherint waarmtebestindich binne en lege slijtage op metalen hawwe. Dêrom kin it brûken fan keramyske materialen ynstee fan metalen materialen foar slijtvaste ûnderdielen de libbensduur fan 'e wriuwingûnderdiel ferbetterje, kinne foldwaan oan guon fan 'e hege temperatuer- en hege slijtvaste materialen, multifunksjonele en oare strange easken. Op it stuit wurde yngenieurskeramyske materialen brûkt yn 'e fabrikaazje fan waarmtebestindige ûnderdielen foar motoren, meganyske oerdracht yn 'e slijtvaste ûnderdielen, gemyske apparatuer yn 'e korrosjebestindige ûnderdielen en ôfslutende ûnderdielen, en litte hieltyd mear de brede tapassingsperspektiven fan keramyske materialen sjen.
Untwikkele lannen lykas Dútslân, Japan, de Feriene Steaten, it Feriene Keninkryk en oare lannen hechtsje grut belang oan 'e ûntwikkeling en tapassing fan yngenieurskeramyske materialen, en ynvestearje in soad jild en mankrêft om de ferwurkingsteory en technology fan yngenieurskeramyk te ûntwikkeljen. Dútslân hat in programma lansearre mei de namme "SFB442", wêrfan it doel is om PVD-technology te brûken om in gaadlike film op it oerflak fan 'e ûnderdielen te synthetisearjen om it potinsjeel skealike smeermiddel foar it miljeu en it minsklik lichem te ferfangen. PW Gold en oaren yn Dútslân brûkten de finansiering fan SFB442 om PVD-technology ta te passen om tinne films op it oerflak fan rôljende lagers ôf te setten en fûnen dat de anty-slijtageprestaasjes fan rôljende lagers signifikant ferbettere waarden en dat de films dy't op it oerflak ôfset waarden de funksje fan ekstreme druk-anty-slijtage-tafoegings folslein ferfange koene. Joachim, Franz et al. yn Dútslân brûkten PVD-technology om WC/C-films te meitsjen dy't poerbêste anty-fermoeidheidseigenskippen sjen litte, heger as dy fan smeermiddels dy't EP-tafoegings befetsje, in resultaat dat op deselde wize de mooglikheid biedt om skealike tafoegings te ferfangen troch coatings. E. Lugscheider et al. fan it Ynstitút foar Materiaalwittenskip, Technyske Universiteit fan Aken, Dútslân, mei finansiering fan 'e DFG (GermanResearch Commission), demonstrearren in wichtige tanimming fan wurgensresistinsje nei it ôfsetten fan passende films op 100Cr6-stiel mei PVD-technology. Derneist is de Feriene Steaten General Motors begûn yn har ... VolvoS80Turbo-type auto-tandwieloerflakfilm om de wjerstân tsjin wurgensputting te ferbetterjen; it ferneamde bedriuw Timken hat de namme ES200-tandwieloerflakfilm lansearre; registrearre hannelsmerk MAXIT-tandwielcoating is ferskynd yn Dútslân; registrearre hannelsmerken Graphit-iC en Dymon-iC respektivelik Tandwielcoatings mei de registrearre hannelsmerken Graphit-iC en Dymon-iC binne ek te krijen yn it Feriene Keninkryk.
As wichtige reserveûnderdielen fan meganyske oandriuwing spylje tandwielen in wichtige rol yn 'e yndustry, dêrom is it fan tige wichtige praktyske betsjutting om de tapassing fan keramyske materialen op tandwielen te bestudearjen. Op it stuit binne de yngenieurskeramiken dy't op 'e tandwielen tapast wurde benammen de folgjende.
1. TiN-coatinglaach
1. TiN
Ioncoating TiN-keramyske laach is ien fan 'e meast brûkte oerflakmodifisearre coatings mei hege hurdens, hege hechtsterkte, lege wriuwingskoëffisjint, goede korrosjebestriding, ensfh. It is in soad brûkt yn ferskate fjilden, benammen yn 'e ark- en skimmelyndustry. De wichtichste reden dy't ynfloed hat op 'e tapassing fan keramyske coating op tandwielen is it probleem fan bonding tusken keramyske coating en substraat. Om't de wurkomstannichheden en ynfloedsfaktoaren fan tandwielen folle yngewikkelder binne as dy fan ark en skimmelen, is de tapassing fan in inkele TiN-coating op 'e oerflakbehanneling fan tandwielen sterk beheind. Hoewol keramyske coating de foardielen hat fan hege hurdens, lege wriuwingskoëffisjint en korrosjebestriding, is it bros en lestich om in dikkere coating te krijen, dus it hat in substraat mei hege hurdens en hege sterkte nedich om de coating te stypjen om syn eigenskippen te spyljen. Dêrom wurdt keramyske coating meast brûkt foar oerflakken fan karbid en hege snelheidsstiel. It materiaal fan it gear is sêft yn ferliking mei it keramyske materiaal, en it ferskil tusken de aard fan it substraat en de coating is grut, sadat de kombinaasje fan 'e coating en it substraat min is, en de coating is net genôch om de coating te stypjen, wêrtroch't de coating maklik ôffalt yn it gebrûksproses, net allinich kin net profitearje fan 'e foardielen fan' e keramyske coating, mar de keramyske coatingpartikels dy't ôffalle sille skurende slijtage oan it gear feroarsaakje, wat it slijtageferlies fan it gear fersnelt. De hjoeddeistige oplossing is it brûken fan komposite oerflakbehannelingtechnology om de ferbining tusken it keramyk en it substraat te ferbetterjen. Komposite oerflakbehannelingtechnology ferwiist nei de kombinaasje fan fysike dampôfsettingscoating en oare oerflakbehannelingsprosessen of coatings, wêrby't twa aparte oerflakken/ûnderflakken brûkt wurde om it oerflak fan it substraatmateriaal te modifisearjen om komposite meganyske eigenskippen te krijen dy't net kinne wurde berikt troch ien oerflakbehannelingsproses. TiN-kompositcoating ôfset troch ionnitriding en PVD is ien fan 'e meast ûndersochte kompositcoatings. It plasmanitridingsubstraat en TiN-keramyske kompositcoating hawwe in sterke ferbining en de slijtvastheid is signifikant ferbettere.
De optimale dikte fan in TiN-filmlaach mei poerbêste wearbestindigens en filmbasisbining is sawat 3~4μm. As de dikte fan 'e filmlaach minder is as 2μm, sil de wearbestindigens net signifikant ferbettere wurde. As de dikte fan 'e filmlaach mear is as 5μm, sil de filmbasisbining ôfnimme.
2, Mearlaachse, mearkomponintige TiN-coating
Mei de stadige en wiidfersprate tapassing fan TiN-coatings is der hieltyd mear ûndersyk dien nei hoe't TiN-coatings ferbettere en fersterke wurde kinne. Yn 'e lêste jierren binne multi-komponint coatings en multilayer coatings ûntwikkele op basis fan binêre TiN-coatings, lykas Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, ensfh. Troch eleminten lykas Al en Si ta te foegjen oan TiN-coatings kin de wjerstân tsjin hege-temperatuer oksidaasje en hurdens fan 'e coatings ferbettere wurde, wylst it tafoegjen fan eleminten lykas B de hurdens en adhesionsterkte fan 'e coatings ferbetterje kin.
Fanwegen de kompleksiteit fan 'e mearkomponintkomposysje binne der in soad kontroversjes yn dizze stúdzje. Yn 'e stúdzje fan (Tix,Cr1-x)N mearkomponintcoatings is der in grutte kontroverse yn 'e ûndersyksresultaten. Guon minsken leauwe dat (Tix,Cr1-x)N-coatings basearre binne op TiN, en Cr kin allinich bestean yn 'e foarm fan ferfangende fêste oplossing yn' e TiN-puntmatrix, mar net as in aparte CrN-faze. Oare stúdzjes litte sjen dat it oantal Cr-atomen dat direkt Ti-atomen ferfangt yn (Tix,Cr1-x)N-coatings beheind is, en de oerbleaune Cr bestiet yn 'e singlet-tastân of foarmet ferbiningen mei N. De eksperimintele resultaten litte sjen dat de tafoeging fan Cr oan 'e coating de oerflakpartikelgrutte ferminderet en de hurdens fergruttet, en de hurdens fan' e coating berikt syn heechste wearde as it massapersintaazje fan Cr 3l% berikt, mar de ynterne spanning fan 'e coating berikt ek syn maksimale wearde.
3, Oare coatinglaach
Neist de faak brûkte TiN-coatings wurde in protte ferskillende yngenieurskeramyk brûkt foar it fersterkjen fan it oerflak fan it tsjil.
(1) Y. Terauchi et al. út Japan hawwe de wjerstân tsjin wriuwingswear fan titaniumkarbide of titaniumnitride keramyske tandwielen bestudearre dy't ôfset binne mei de dampôfsettingsmetoade. De tandwielen waarden karburearre en gepolijst om in oerflakhurdens fan sawat HV720 en in oerflakteruwheid fan 2,4 μm te berikken foar it coaten, en de keramyske coatings waarden taret troch gemyske dampôfsetting (CVD) foar titaniumkarbide en troch fysike dampôfsetting (PVD) foar titaniumnitride, mei in keramyske filmdikte fan sawat 2 μm. De wriuwingsweareigenskippen waarden ûndersocht yn 'e oanwêzigens fan oalje en droege wriuwing, respektivelik. It waard fûn dat de rûchingswearde en krasbestindigens fan 'e tandwielskrúf substansjeel ferbettere wiene nei it coaten mei keramyk.
(2) In gearstalde coating fan gemysk coated Ni-P en TiN waard taret troch Ni-P foar te coaten as in oergongslaach en dêrnei TiN ôf te setten. De stúdzje lit sjen dat de oerflakhurdens fan dizze gearstalde coating yn in beskate mjitte ferbettere is, en de coating is better ferbûn mei it substraat en hat in bettere slijtvastheid.
(3) WC/C, B4C tinne film
M. Murakawa et al., ôfdieling Masjineboukunde, Japan Institute of Technology, brûkten PVD-technology om WC/C-tinne film op it oerflak fan tandwielen ôf te setten, en de libbensdoer wie trije kear sa heech as dy fan gewoane gebluste en sleine tandwielen ûnder oaljefrije smeeromstannichheden. Franz J et al. brûkten PVD-technology om WC/C- en B4C-tinne film op it oerflak fan FEZ-A- en FEZ-C-tandwielen ôf te setten, en it eksperimint liet sjen dat de PVD-coating de wriuwing fan it tandwiel signifikant fermindere, it tandwiel minder gefoelich makke foar hjitte lijm of lijmen, en de draachkapasiteit fan it tandwiel ferbettere.
(4) CrN-films
CrN-films binne fergelykber mei TiN-films yn dat se in hegere hurdens hawwe, en CrN-films binne better bestand tsjin hege temperatueroksidaasje as TiN, hawwe bettere korrosjebestriding, legere ynterne spanning as TiN-films, en relatyf bettere taaiheid. Chen Ling et al. hawwe in slijtvaste TiAlCrN/CrN-kompositfilm taret mei poerbêste film-basearre ferbining op it oerflak fan HSS, en stelden ek de dislokaasjestapelingteory foar fan mearlaachfilm, as it ferskil yn dislokaasje-enerzjy tusken twa lagen grut is, sil de dislokaasje dy't yn ien laach foarkomt lestich wêze om syn ynterface yn 'e oare laach te krúsjen, wêrtroch't de dislokaasjestapeling by de ynterface ûntstiet en de rol spilet fan it fersterkjen fan it materiaal. Zhong Bin et al. bestudearren it effekt fan stikstofgehalte op 'e fazestruktuer en wriuwingsweareigenskippen fan CrNx-films, en de stúdzje liet sjen dat de Cr2N (211) diffraksjepiek yn 'e films stadichoan ferswakke en de CrN (220) piek stadichoan fergrutte mei de tanimming fan N2-gehalte, de grutte dieltsjes op it filmoerflak stadichoan ôfnamen en it oerflak de neiging hie om flak te wêzen. Doe't de N2-beluchting 25 ml/min wie (de bôgestroom fan 'e doelboarne wie 75 A, hie de ôfsette CrN-film in goede oerflakkwaliteit, goede hurdens en poerbêste slijtvastheid as de N2-beluchting 25 ml/min is (de bôgestroom fan 'e doelboarne is 75A, de negative druk is 100V).
(5) Superhurde film
Superhurde film is de fêste film mei in hurdens grutter as 40GPa, poerbêste slijtvastheid, hege temperatuerresistinsje en lege wriuwingskoëffisjint en lege termyske útwreidingskoëffisjint, benammen amorfe diamantfilm en CN-film. Amorfe diamantfilms hawwe amorfe eigenskippen, gjin lange-termyn oardere struktuer, en befetsje in grut oantal CC-tetraëdryske biningen, dêrom wurde se ek wol tetraëdryske amorfe koalstoffilms neamd. As in soarte amorfe koalstoffilm hat diamant-like coating (DLC) in protte poerbêste eigenskippen fergelykber mei diamant, lykas hege termyske geliedingsfermogen, hege hurdens, hege elastyske modulus, lege koëffisjint fan termyske útwreiding, goede gemyske stabiliteit, goede slijtvastheid en lege wriuwingskoëffisjint. It is oantoand dat it coaten fan diamant-like films op tandwieloerflakken de libbensduur mei in faktor 6 kin ferlingje en de wurgensresistinsje signifikant kin ferbetterje. CN-films, ek wol bekend as amorfe koalstof-stikstoffilms, hawwe in kristalstruktuer fergelykber mei dy fan β-Si3N4 kovalente ferbiningen en binne ek bekend as β-C3N4. Liu en Cohen et al. útfierde strangere teoretyske berekkeningen mei pseudopotinsjaalbânberekkeningen fan it earste-natuerprinsipe, befêstige dat β-C3N4 in grutte biningsenerzjy hat, in stabile meganyske struktuer, teminsten ien substabile steat kin bestean, en syn elastyske modulus is te fergelykjen mei diamant, mei goede eigenskippen, dy't de oerflakhurdens en wearzebestindigens fan it materiaal effektyf kinne ferbetterje en de wriuwingskoëffisjint ferminderje kinne.
(6) Oare wearbestindige coatinglaach fan legearing
Guon slijtvaste coatings fan legearingen binne ek besocht oan te bringen op gears, bygelyks it ôfsetten fan in Ni-P-Co-legearinglaach op it tosoppervlak fan 45# stielen gears is in legearinglaach om ultrafijne nôtorganisaasje te krijen, wat de libbensduur oant 1.144~1.533 kear kin ferlingje. It is ek ûndersocht dat in Cu-metaallaach en in Ni-W-legearingcoating oanbrocht wurde op it tosoppervlak fan in Cu-Cr-P-legearing getten izeren gear om de sterkte te ferbetterjen; Ni-W- en Ni-Co-legearingcoatings wurde oanbrocht op it tosoppervlak fan in HT250 getten izeren gear om de slijtvastheid mei 4~6 kear te ferbetterjen yn ferliking mei it net-coated gear.
Pleatsingstiid: 7 novimber 2022