Tá teicneolaíocht taiscthe PVD á cleachtadh le blianta fada mar theicneolaíocht nua mhodhnúcháin dromchla, go háirithe teicneolaíocht sciath ian folúis, a bhfuil forbairt mhór déanta aici le blianta beaga anuas agus atá in úsáid go forleathan anois i gcóireáil uirlisí, múnlaí, fáinní loine, giaranna agus comhpháirteanna eile. Is féidir leis na giaranna brataithe a ullmhaítear le teicneolaíocht sciath ian folúis an chomhéifeacht frithchuimilte a laghdú go suntasach, frith-chaitheamh agus frith-chreimeadh áirithe a fheabhsú, agus tá siad anois ina bhfócas agus ina láthair te taighde i réimse na teicneolaíochta neartaithe dromchla giaranna.
Is iad na hábhair choitianta a úsáidtear le haghaidh giaranna ná cruach bhrionnaithe, cruach teilgthe, iarann teilgthe, miotail neamhfheiriúla (copar, alúmanam) agus plaistigh den chuid is mó. Is cruach 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl den chuid is mó atá i gceist le cruach ísealcharbóin. Úsáidtear cruach ísealcharbóin den chuid is mó i 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. Úsáidtear cruach bhrionnaithe níos forleithne i ngiaranna mar gheall ar a fheidhmíocht níos fearr, agus úsáidtear cruach teilgthe de ghnáth chun giaranna a bhfuil trastomhas > 400mm agus struchtúr casta acu a mhonarú. Tá giaranna iarainn teilgthe frith-ghliú agus frith-phoill, ach níl siad frithsheasmhach in aghaidh tionchair agus caitheamh, agus is é an aidhm is mó ná obair chobhsaí, níl an chumhacht ag luas íseal ná ag méid mór agus tá cruth casta aici, agus is féidir léi oibriú faoi choinníollacha easpa bealaithe, atá oiriúnach le haghaidh tarchuir oscailte. Is iad na miotail neamhfheiriúla a úsáidtear go coitianta ná cré-umha stáin, cré-umha alúmanaim-iarann agus cóimhiotal alúmanaim réitigh, a úsáidtear go coitianta i ndéantúsaíocht tuirbíní nó giaranna, ach tá a n-airíonna sleamhnáin agus frithchuimilte bocht, agus ní úsáidtear iad ach le haghaidh giaranna éadroma, meánualaigh agus ísealluais. Úsáidtear giaranna neamh-mhiotalacha go príomha i réimsí áirithe a bhfuil riachtanais speisialta acu, amhail bealaithe saor ó ola agus iontaofacht ard. I réimsí cosúil le coinníollacha íseal truaillithe, amhail fearais tí, trealamh leighis, innealra bia agus innealra teicstíle.
Ábhair sciath fearas
Is ábhair thar a bheith geallta iad ábhair cheirmeacha innealtóireachta a bhfuil neart agus cruas ard acu, go háirithe friotaíocht teasa den scoth, seoltacht theirmeach íseal agus leathnú teirmeach, friotaíocht ard caitheamh agus friotaíocht ocsaídiúcháin. Léirigh líon mór staidéar go bhfuil ábhair cheirmeacha frithsheasmhach in aghaidh teasa ó dhúchas agus go bhfuil caitheamh íseal acu ar mhiotail. Dá bhrí sin, is féidir le húsáid ábhar ceirmeach in ionad ábhar miotail le haghaidh páirteanna atá frithsheasmhach in aghaidh caitheamh saol an fho-chodáin frithchuimilte a fheabhsú, agus freastal ar chuid de na hábhair ardteochta agus ard-fhriotaíochta caitheamh, ilfheidhmeacha agus riachtanais dhiana eile. Faoi láthair, úsáidtear ábhair cheirmeacha innealtóireachta i ndéantúsaíocht páirteanna inneall atá frithsheasmhach in aghaidh teasa, i dtarchur meicniúil i bpáirteanna caitheamh, i dtrealamh ceimiceach i bpáirteanna atá frithsheasmhach in aghaidh creimeadh agus i bpáirteanna séalaithe, rud a léiríonn níos mó agus níos mó ionchais úsáide leathan ábhar ceirmeach.
Cuireann tíortha forbartha ar nós na Gearmáine, na Seapáine, na Stát Aontaithe, an Ríocht Aontaithe agus tíortha eile tábhacht mhór le forbairt agus cur i bhfeidhm ábhar ceirmeach innealtóireachta, agus infheistíonn siad go leor airgid agus saothair chun teoiric agus teicneolaíocht phróiseála na ceirmeach innealtóireachta a fhorbairt. Sheol an Ghearmáin clár darb ainm “SFB442”, a bhfuil sé mar aidhm aige teicneolaíocht PVD a úsáid chun scannán oiriúnach a shintéisiú ar dhromchla na gcodanna chun an meán bealaithe a d’fhéadfadh a bheith díobhálach don chomhshaol agus do chorp an duine a athsholáthar. Bhain PW Gold agus daoine eile sa Ghearmáin úsáid as an maoiniú ó SFB442 chun teicneolaíocht PVD a chur i bhfeidhm chun scannáin thanaí a thaisceadh ar dhromchla imthacaí rollta agus fuarthas amach go raibh feabhas suntasach tagtha ar fheidhmíocht frithchaitheamh imthacaí rollta agus go bhféadfadh na scannáin a thaisceadh ar an dromchla feidhm na mbreiseán frithchaitheamh brú-mhór a athsholáthar go hiomlán. Bhain Joachim, Franz et al. sa Ghearmáin úsáid as teicneolaíocht PVD chun scannáin WC/C a ullmhú a léirigh airíonna frith-thuirse den scoth, níos airde ná airíonna bealaithe ina bhfuil breiseáin EP, toradh a thugann an fhéidearthacht freisin breiseáin dhíobhálacha a athsholáthar le bratuithe. Léirigh E. Lugscheider et al. ón Institiúid Eolaíochta Ábhar, Ollscoil Theicniúil Aachen, sa Ghearmáin, le maoiniú ón DFG (Coimisiún Taighde na Gearmáine), méadú suntasach ar fhriotaíocht tuirse tar éis scannáin chuí a thaisceadh ar chruach 100Cr6 ag baint úsáide as teicneolaíocht PVD. Ina theannta sin, tá General Motors sna Stáit Aontaithe tosaithe ina... Scannán taiscthe dromchla giaranna gluaisteán de chineál VolvoS80Turbo chun friotaíocht i gcoinne tuirse a fheabhsú; sheol an comhlacht cáiliúil Timken an scannán dromchla giaranna ES200; tá trádmharc cláraithe sciath giaranna MAXIT le feiceáil sa Ghearmáin; tá trádmharcanna cláraithe Graphit-iC agus Dymon-iC faoi seach ar sciatha giaranna leis na trádmharcanna cláraithe Graphit-iC agus Dymon-iC ar fáil sa Ríocht Aontaithe freisin.
Mar pháirteanna breise tábhachtacha de tharchur meicniúil, tá ról tábhachtach ag giaranna sa tionscal, mar sin tá sé thar a bheith tábhachtach go praiticiúil staidéar a dhéanamh ar chur i bhfeidhm ábhar ceirmeach ar ghiaranna. Faoi láthair, is iad seo a leanas na príomhghnéithe den cheirmeacht innealtóireachta a chuirtear i bhfeidhm ar na giaranna.
1. ciseal sciath TiN
1. TiN
Tá sciath ian ar cheann de na sciatha modhnaithe dromchla is mó a úsáidtear le cruas ard, neart greamaitheachta ard, comhéifeacht frithchuimilte íseal, friotaíocht mhaith creimeadh, etc. Tá sé in úsáid go forleathan i réimsí éagsúla, go háirithe i dtionscal na n-uirlisí agus na múnlaí. Is é an phríomhchúis a mbíonn tionchar aige ar chur i bhfeidhm sciath ceirmeach ar ghiaranna ná an fhadhb nasctha idir an sciath ceirmeach agus an tsubstráit. Ós rud é go bhfuil coinníollacha oibre agus fachtóirí tionchair giaranna i bhfad níos casta ná iad siúd atá ag uirlisí agus múnlaí, tá cur i bhfeidhm sciath TiN aonair ar chóireáil dromchla giaranna an-srianta. Cé go bhfuil buntáistí cruas ard, comhéifeacht frithchuimilte íseal agus friotaíocht creimeadh ag baint le sciath ceirmeach, tá sé sobhriste agus deacair sciath níos tibhe a fháil, mar sin teastaíonn cruas ard agus tsubstráit ard-neart uaidh chun tacú leis an sciath chun a shaintréithe a imirt. Dá bhrí sin, úsáidtear sciath ceirmeach den chuid is mó le haghaidh dromchla cairbíde agus cruach ardluais. Tá ábhar an ghiar bog i gcomparáid leis an ábhar ceirmeach, agus tá an difríocht idir nádúr an tsubstráit agus an sciath mór, mar sin tá an meascán den sciath agus den tsubstráit lag, agus níl an sciath leordhóthanach chun tacú leis an sciath, rud a fhágann go dtiteann an sciath go héasca le linn úsáide, ní hamháin nach féidir leas a bhaint as buntáistí an sciath ceirmeach, ach cuirfidh na cáithníní sciath ceirmeach a thiteann caitheamh scríobach ar an ngiar, rud a luasghéaróidh cailliúint caitheamh an ghiar. Is é an réiteach reatha ná teicneolaíocht chóireála dromchla ilchodach a úsáid chun an nasc idir an ceirmeach agus an tsubstráit a fheabhsú. Tagraíonn teicneolaíocht chóireála dromchla ilchodach don chomhcheangal de sciath taiscthe gaile fisiceach agus próisis nó sciatha cóireála dromchla eile, ag baint úsáide as dhá dhromchla/fho-dhromchla ar leithligh chun dromchla an ábhair tsubstráit a mhodhnú chun airíonna meicniúla ilchodacha a fháil nach féidir a bhaint amach le próiseas cóireála dromchla amháin. Tá sciath ilchodach TiN a thaisctear trí níotráitiú ian agus PVD ar cheann de na sciatha ilchodacha is mó taighde. Tá nasc láidir ag an tsubstráit níotráitithe plasma agus sciath ilchodach ceirmeach TiN agus tá an fhriotaíocht caitheamh feabhsaithe go suntasach.
Is é thart ar 3~4μm an tiús is fearr do shraith scannáin TiN le friotaíocht caitheamh agus nascadh bonn scannáin den scoth. Mura bhfuil tiús na sraithe scannáin níos mó ná 2μm, ní fheabhsófar an fhriotaíocht caitheamh go suntasach. Má tá tiús na sraithe scannáin níos mó ná 5μm, laghdófar an nascadh bonn scannáin.
2. Sciath TiN ilchiseal, ilchomhpháirteach
Le cur i bhfeidhm de réir a chéile agus go forleathan bratuithe TiN, tá níos mó agus níos mó taighde á dhéanamh ar conas bratuithe TiN a fheabhsú agus a fheabhsú. Le blianta beaga anuas, forbraíodh bratuithe ilchomhpháirteacha agus bratuithe ilchisealacha bunaithe ar bratuithe dénártha TiN, amhail Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, etc. Trí eilimintí amhail Al agus Si a chur le bratuithe TiN, is féidir friotaíocht in aghaidh ocsaídiúcháin ardteochta agus cruas na mbratuithe a fheabhsú, agus is féidir le heilimintí amhail B cruas agus neart greamaitheachta na mbratuithe a fheabhsú.
Mar gheall ar chastacht an chomhdhéanamh ilchodach, tá go leor conspóidí sa staidéar seo. I staidéar na sciath ilchodach (Tix,Cr1-x)N, tá conspóid mhór i dtorthaí an taighde. Creideann daoine áirithe go bhfuil sciath (Tix,Cr1-x)N bunaithe ar TiN, agus nach féidir le Cr a bheith ann ach i bhfoirm tuaslagáin sholadaigh athsholáthair sa mhaitrís ponc TiN, ach ní mar chéim CrN ar leithligh. Léiríonn staidéir eile go bhfuil líon na n-adamh Cr a chuireann adaimh Ti in ionad go díreach i sciath (Tix,Cr1-x)N teoranta, agus go bhfuil an Cr atá fágtha ann sa stát singil nó go bhfoirmíonn sé comhdhúile le N. Léiríonn na torthaí turgnamhacha go laghdaíonn cur Cr leis an sciath méid na gcáithníní dromchla agus go méadaíonn sé an cruas, agus go sroicheann cruas an sciath a luach is airde nuair a shroicheann céatadán maise Cr 3l%, ach go sroicheann strus inmheánach an sciath a luach uasta freisin.
3, ciseal sciath eile
Chomh maith leis na bratuithe TiN a úsáidtear go coitianta, úsáidtear go leor ceirmeach innealtóireachta éagsúla chun dromchla fearas a neartú.
(1)Rinne Y. Terauchi et al. ón tSeapáin staidéar ar fhriotaíocht giaranna ceirmeacha cairbíde tíotáiniam nó níotráit tíotáiniam i gcoinne caitheamh frithchuimilte a taisceadh leis an modh taiscthe gaile. Rinneadh na giaranna a charbórú agus a snasú chun cruas dromchla de thart ar HV720 agus garbh-dhromchla de 2.4 μm a bhaint amach roimh an sciath, agus ullmhaíodh na sciatha ceirmeacha trí thaisceadh gaile ceimiceach (CVD) le haghaidh cairbíde tíotáiniam agus trí thaisceadh gaile fisiceach (PVD) le haghaidh níotráit tíotáiniam, le tiús scannáin ceirmeacha de thart ar 2 μm. Rinneadh imscrúdú ar airíonna caitheamh frithchuimilte i láthair ola agus frithchuimilte tirime, faoi seach. Fuarthas amach gur feabhsaíodh friotaíocht gallta agus friotaíocht scríobtha an bhis giaranna go suntasach tar éis sciath le ceirmeach.
(2) Ullmhaíodh sciath ilchodach de Ni-P agus TiN atá brataithe go ceimiceach trí Ni-P a réamh-chóta mar shraith idirthréimhseach agus ansin TiN a thaisceadh. Léiríonn an staidéar go bhfuil feabhas áirithe tagtha ar chruas dromchla an sciath ilchodaigh seo, agus go bhfuil an sciath nasctha níos fearr leis an tsubstráit agus go bhfuil friotaíocht caitheamh níos fearr aige.
(3) Scannán tanaí WC/C, B4C
Bhain M. Murakawa et al., Roinn na hInnealtóireachta Meicniúla, Institiúid Teicneolaíochta na Seapáine, úsáid as teicneolaíocht PVD chun scannán tanaí WC/C a thaisceadh ar dhromchla na ngiaranna, agus bhí a shaolré seirbhíse trí huaire níos mó ná saolré giaranna múchta agus meilte gnáth faoi choinníollacha bealaithe saor ó ola. Bhain Franz J et al. úsáid as teicneolaíocht PVD chun scannán tanaí WC/C agus B4C a thaisceadh ar dhromchla giaranna FEZ-A agus FEZ-C, agus léirigh an turgnamh gur laghdaigh an sciath PVD frithchuimilt an ghiar go suntasach, gur lú an seans go mbeadh an giar níos so-ghabhálaí i leith gliú te nó gliú, agus gur fheabhsaigh sé cumas ualaigh an ghiar.
(4) scannáin CrN
Tá scannáin CrN cosúil le scannáin TiN sa mhéid is go bhfuil cruas níos airde acu, agus go bhfuil scannáin CrN níos frithsheasmhaí in aghaidh ocsaídiúcháin ardteochta ná TiN, go bhfuil friotaíocht creimeadh níos fearr acu, strus inmheánach níos ísle ná scannáin TiN, agus diana réasúnta níos fearr. D'ullmhaigh Chen Ling et al. scannán ilchodach TiAlCrN/CrN atá frithsheasmhach in aghaidh caitheamh le nascadh scannán-bhunaithe den scoth ar dhromchla HSS, agus mhol siad teoiric cruachta díláithrithe scannáin ilchisealacha freisin, má tá an difríocht fuinnimh díláithrithe idir dhá shraith mór, beidh sé deacair don díláithriú a tharlaíonn i sraith amháin a chomhéadan a thrasnú isteach sa tsraith eile, rud a chruthaíonn an cruachadh díláithrithe ag an gcomhéadan agus a imríonn ról neartú an ábhair. Rinne Zhong Bin et al. staidéar ar éifeacht ábhar nítrigine ar struchtúr céime agus airíonna caitheamh frithchuimilte scannán CrNx, agus léirigh an staidéar gur lagaigh buaic difreactachta Cr2N (211) sna scannáin de réir a chéile agus gur fheabhsaigh buaic CrN (220) de réir a chéile le méadú ar ábhar N2, laghdaigh na cáithníní móra ar dhromchla an scannáin de réir a chéile agus bhí claonadh ag an dromchla a bheith cothrom. Nuair a bhí an t-aerú N2 25 ml/nóim (is é 75 A sruth stua an fhoinse sprice), bhí cáilíocht mhaith dromchla, cruas maith agus friotaíocht caitheamh den scoth ag an scannán CrN taiscthe nuair a bhí an t-aerú N2 25ml/nóim (is é 75A sruth stua an fhoinse sprice, is é 100V an brú diúltach).
(5) Scannán sár-chrua
Is scannán soladach é scannán sár-chrua le cruas níos mó ná 40GPa, friotaíocht caitheamh den scoth, friotaíocht teocht ard agus comhéifeacht frithchuimilte íseal agus comhéifeacht leathnú teirmeach íseal, go príomha scannán diamant neamhchrua agus scannán CN. Tá airíonna neamhchrua ag scannáin diamant neamhchrua, gan struchtúr ordaithe fadraoin, agus tá líon mór bannaí teitreahedral CC iontu, mar sin tugtar scannáin charbóin neamhchrua teitreahedral orthu freisin. Mar chineál scannáin charbóin neamhchrua, tá go leor airíonna den scoth ag sciath cosúil le diamant (DLC) cosúil le diamant, amhail seoltacht theirmeach ard, cruas ard, modúl leaisteach ard, comhéifeacht leathnú teirmeach íseal, dea-chobhsaíocht cheimiceach, dea-fhriotaíocht caitheamh agus comhéifeacht frithchuimilte íseal. Tá sé léirithe gur féidir le sciath scannáin cosúil le diamant ar dhromchlaí fearas an saol seirbhíse a fhadú faoi fhachtóir 6 agus an fhriotaíocht tuirse a fheabhsú go suntasach. Tá struchtúr criostail ag scannáin CN, ar a dtugtar scannáin charbóin-nítrigine neamhchrua freisin, cosúil le struchtúr comhdhúile comhfhiúsacha β-Si3N4 agus tugtar β-C3N4 orthu freisin. Liu agus Cohen et al. Rinneadh ríomhanna teoiriciúla diana ag baint úsáide as ríomhanna bannaí bréagphoitéinsil ó phrionsabal an chéad nádúir, agus dheimhnigh siad go bhfuil fuinneamh ceangailteach mór ag β-C3N4, struchtúr meicniúil cobhsaí, go bhféadfadh staid fho-chobhsaí amháin ar a laghad a bheith ann, agus go bhfuil a mhodúl leaisteach inchomparáide le diamant, le hairíonna maithe, rud a fhéadann cruas dromchla agus friotaíocht caitheamh an ábhair a fheabhsú go héifeachtach agus an comhéifeacht frithchuimilte a laghdú.
(6) Ciseal sciath frithsheasmhach in aghaidh caitheamh cóimhiotail eile
Rinneadh iarracht freisin roinnt sciath frithsheasmhach in aghaidh caitheamh cóimhiotail a chur i bhfeidhm ar ghiaranna, mar shampla, is sraith chóimhiotail í taisceadh ciseal cóimhiotail Ni-P-Co ar dhromchla fiacla giaranna cruach 45# chun eagrú gráin thar a bheith mín a fháil, rud a fhéadann an saol a fhadú suas le 1.144~1.533 uair. Rinneadh staidéar freisin ar an gcaoi a gcuirtear ciseal miotail Cu agus sciath cóimhiotail Ni-W i bhfeidhm ar dhromchla fiacla giaranna iarainn teilgthe cóimhiotail Cu-Cr-P chun a neart a fheabhsú; cuirtear sciath cóimhiotail Ni-W agus Ni-Co i bhfeidhm ar dhromchla fiacla giaranna iarainn teilgthe HT250 chun an fhriotaíocht caitheamh a fheabhsú 4~6 huaire i gcomparáid leis an ngiar neamhbhrataithe.
Am an phoist: 07 Samhain 2022