गियर कोटिंग प्रौद्योगिकी

पीवीडी जमाव तकनीक का इस्तेमाल कई सालों से एक नई सतह संशोधन तकनीक के रूप में किया जा रहा है, खास तौर पर वैक्यूम आयन कोटिंग तकनीक, जिसने हाल के सालों में बहुत विकास हासिल किया है और अब इसका इस्तेमाल औजारों, सांचों, पिस्टन रिंग, गियर और अन्य घटकों के उपचार में व्यापक रूप से किया जाता है। वैक्यूम आयन कोटिंग तकनीक द्वारा तैयार किए गए लेपित गियर घर्षण गुणांक को काफी कम कर सकते हैं, एंटी-वियर और कुछ एंटी-जंग में सुधार कर सकते हैं, और गियर सतह सुदृढ़ीकरण तकनीक के क्षेत्र में अनुसंधान का केंद्र और हॉट स्पॉट बन गए हैं।

गियर के लिए इस्तेमाल की जाने वाली आम सामग्री मुख्य रूप से जाली स्टील, कास्ट स्टील, कच्चा लोहा, अलौह धातु (तांबा, एल्युमिनियम) और प्लास्टिक हैं। स्टील मुख्य रूप से 45 स्टील, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl है। कम कार्बन स्टील मुख्य रूप से 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo में उपयोग किया जाता है। जाली स्टील का उपयोग गियर में इसके बेहतर प्रदर्शन के कारण अधिक व्यापक रूप से किया जाता है, जबकि कास्ट स्टील का उपयोग आमतौर पर 400 मिमी व्यास और जटिल संरचना वाले गियर बनाने के लिए किया जाता है। कास्ट आयरन गियर एंटी-ग्लू और पिटिंग प्रतिरोध, लेकिन प्रभाव और पहनने के प्रतिरोध की कमी, मुख्य रूप से स्थिर काम के लिए, शक्ति कम गति या बड़े आकार और जटिल आकार नहीं है, स्नेहन की कमी की स्थिति में काम कर सकते हैं, खुले संचरण के लिए उपयुक्त हैं। आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली गैर-लौह धातुएँ टिन कांस्य, एल्यूमीनियम-लौह कांस्य और कास्टिंग एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं, जिनका उपयोग आमतौर पर टर्बाइन या गियर के निर्माण में किया जाता है, लेकिन फिसलने और घर्षण-रोधी गुण खराब होते हैं, केवल हल्के, मध्यम भार और कम गति वाले गियर के लिए। गैर-धातु सामग्री गियर मुख्य रूप से कुछ क्षेत्रों में विशेष आवश्यकताओं के साथ उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि तेल-मुक्त स्नेहन और उच्च विश्वसनीयता। कम प्रदूषण जैसी स्थितियों का क्षेत्र, जैसे घरेलू उपकरण, चिकित्सा उपकरण, खाद्य मशीनरी और कपड़ा मशीनरी।

गियर कोटिंग सामग्री

इंजीनियरिंग सिरेमिक सामग्री उच्च शक्ति और कठोरता, विशेष रूप से उत्कृष्ट गर्मी प्रतिरोध, कम तापीय चालकता और थर्मल विस्तार, उच्च पहनने के प्रतिरोध और ऑक्सीकरण प्रतिरोध के साथ बेहद आशाजनक सामग्री हैं। बड़ी संख्या में अध्ययनों से पता चला है कि सिरेमिक सामग्री स्वाभाविक रूप से गर्मी प्रतिरोधी होती है और धातुओं पर कम घिसाव करती है। इसलिए, पहनने के लिए प्रतिरोधी भागों के लिए धातु सामग्री के बजाय सिरेमिक सामग्री का उपयोग घर्षण उप के जीवन को बेहतर बना सकता है, कुछ उच्च तापमान और उच्च पहनने के लिए प्रतिरोधी सामग्री, बहु-कार्यात्मक और अन्य कठिन आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। वर्तमान में, इंजीनियरिंग सिरेमिक सामग्री का उपयोग इंजन गर्मी प्रतिरोधी भागों, पहनने वाले भागों में यांत्रिक संचरण, संक्षारण प्रतिरोधी भागों में रासायनिक उपकरण और सीलिंग भागों के निर्माण में किया गया है, जो सिरेमिक सामग्री की संभावनाओं के व्यापक अनुप्रयोग को तेजी से दर्शाता है।

जर्मनी, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम और अन्य विकसित देश इंजीनियरिंग सिरेमिक सामग्रियों के विकास और अनुप्रयोग को बहुत महत्व देते हैं, इंजीनियरिंग सिरेमिक के प्रसंस्करण सिद्धांत और प्रौद्योगिकी को विकसित करने के लिए बहुत सारा पैसा और जनशक्ति का निवेश करते हैं। जर्मनी ने "SFB442" नामक एक कार्यक्रम शुरू किया है, जिसका उद्देश्य पर्यावरण और मानव शरीर के लिए संभावित हानिकारक स्नेहक माध्यम को बदलने के लिए भागों की सतह पर एक उपयुक्त फिल्म को संश्लेषित करने के लिए PVD तकनीक का उपयोग करना है। जर्मनी में PW गोल्ड और अन्य ने रोलिंग बियरिंग्स की सतह पर पतली फिल्मों को जमा करने के लिए PVD तकनीक को लागू करने के लिए SFB442 से फंडिंग का उपयोग किया और पाया कि रोलिंग बियरिंग्स के एंटी-वियर प्रदर्शन में काफी सुधार हुआ था और सतह पर जमा की गई फिल्में अत्यधिक दबाव वाले एंटी-वियर एडिटिव्स के कार्य को पूरी तरह से बदल सकती हैं। जर्मनी में जोआचिम, फ्रांज एट अल। ने WC/C फिल्में तैयार करने के लिए PVD तकनीक का उपयोग किया, जो EP एडिटिव्स वाले स्नेहक की तुलना में उत्कृष्ट एंटी-थकान गुणों का प्रदर्शन करती हैं, एक परिणाम जो इसी तरह हानिकारक एडिटिव्स को कोटिंग्स के साथ बदलने की संभावना पैदा करता है। जर्मनी के आचेन के तकनीकी विश्वविद्यालय के सामग्री विज्ञान संस्थान के ई. लुगशाइडर एट अल। ने DFG (जर्मन रिसर्च कमीशन) से फंडिंग के साथ, 100Cr6 स्टील पर उपयुक्त फिल्मों को जमा करने के बाद थकान प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि का प्रदर्शन किया। पीवीडी प्रौद्योगिकी का उपयोग करना। इसके अलावा, यूनाइटेड स्टेट्स जनरल मोटर्स ने अपनी वोल्वो एस 80 टर्बो प्रकार की कार गियर सतह जमाव फिल्म में थकान पिटिंग प्रतिरोध में सुधार करना शुरू कर दिया है; प्रसिद्ध टिमकेन कंपनी ने ईएस 200 गियर सतह फिल्म नाम लॉन्च किया है; पंजीकृत ट्रेडमार्क मैक्सिट गियर कोटिंग जर्मनी में दिखाई दी है; पंजीकृत ट्रेडमार्क ग्राफिट-आईसी और डायमन-आईसी क्रमशः पंजीकृत ट्रेडमार्क ग्राफिट-आईसी और डायमन-आईसी के साथ गियर कोटिंग्स यूके में भी उपलब्ध हैं।

यांत्रिक संचरण के एक महत्वपूर्ण स्पेयर पार्ट्स के रूप में, गियर उद्योग में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, इसलिए गियर पर सिरेमिक सामग्री के अनुप्रयोग का अध्ययन करना बहुत महत्वपूर्ण व्यावहारिक महत्व का है। वर्तमान में, गियर पर लागू इंजीनियरिंग सिरेमिक मुख्य रूप से निम्नलिखित हैं।

1、TiN कोटिंग परत
1、टीआईएन

आयन कोटिंग TiN सिरेमिक परत उच्च कठोरता, उच्च आसंजन शक्ति, कम घर्षण गुणांक, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध आदि के साथ सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सतह संशोधित कोटिंग्स में से एक है। इसका उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में, विशेष रूप से उपकरण और मोल्ड उद्योग में व्यापक रूप से किया गया है। गियर पर सिरेमिक कोटिंग के आवेदन को प्रभावित करने वाला मुख्य कारण सिरेमिक कोटिंग और सब्सट्रेट के बीच संबंध की समस्या है। चूंकि गियर की कार्य स्थितियां और प्रभावित करने वाले कारक औजारों और सांचों की तुलना में कहीं अधिक जटिल हैं, इसलिए गियर सतह के उपचार पर एकल TiN कोटिंग का आवेदन बहुत प्रतिबंधित है। हालांकि सिरेमिक कोटिंग में उच्च कठोरता, कम घर्षण गुणांक और संक्षारण प्रतिरोध के फायदे हैं, यह भंगुर है और एक मोटी कोटिंग प्राप्त करना मुश्किल है, इसलिए इसकी विशेषताओं को निभाने के लिए कोटिंग को सहारा देने के लिए उच्च कठोरता और उच्च शक्ति वाले सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है। गियर सामग्री सिरेमिक सामग्री की तुलना में नरम है, और सब्सट्रेट और कोटिंग की प्रकृति के बीच अंतर बड़ा है, इसलिए कोटिंग और सब्सट्रेट का संयोजन खराब है, और कोटिंग कोटिंग का समर्थन करने के लिए पर्याप्त नहीं है, जिससे कोटिंग उपयोग की प्रक्रिया में आसानी से गिर जाती है, न केवल सिरेमिक कोटिंग के फायदे नहीं निभा सकते हैं, बल्कि सिरेमिक कोटिंग के कण जो गिरते हैं वे गियर पर घर्षण पहनने का कारण बनेंगे, जिससे गियर के पहनने का नुकसान तेज हो जाएगा। वर्तमान समाधान सिरेमिक और सब्सट्रेट के बीच के बंधन को बेहतर बनाने के लिए समग्र सतह उपचार तकनीक का उपयोग करना है। समग्र सतह उपचार तकनीक भौतिक वाष्प जमाव कोटिंग और अन्य सतह उपचार प्रक्रियाओं या कोटिंग्स के संयोजन को संदर्भित करती है, जो समग्र यांत्रिक गुणों को प्राप्त करने के लिए सब्सट्रेट सामग्री की सतह को संशोधित करने के लिए दो अलग-अलग सतहों / उपसतहों का उपयोग करती है जो एक एकल सतह उपचार प्रक्रिया द्वारा प्राप्त नहीं की जा सकती है। आयन नाइट्राइडिंग और PVD द्वारा जमा TiN समग्र कोटिंग सबसे अधिक शोधित समग्र कोटिंग्स में से एक है। प्लाज्मा नाइट्राइडिंग सब्सट्रेट और TiN सिरेमिक समग्र कोटिंग में एक मजबूत बंधन होता है और पहनने के प्रतिरोध में काफी सुधार होता है।

उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध और फिल्म बेस बॉन्डिंग के साथ TiN फिल्म परत की इष्टतम मोटाई लगभग 3 ~ 4μm है। यदि फिल्म परत की मोटाई 2μm से कम है, तो पहनने के प्रतिरोध में काफी सुधार नहीं होगा। यदि फिल्म परत की मोटाई 5μm से अधिक है, तो फिल्म बेस बॉन्डिंग कम हो जाएगी।

2、बहु-परत, बहु-घटक TiN कोटिंग

TiN कोटिंग्स के क्रमिक और व्यापक अनुप्रयोग के साथ, TiN कोटिंग्स को बेहतर बनाने और बढ़ाने के तरीके पर अधिक से अधिक शोध हो रहे हैं। हाल के वर्षों में, बाइनरी TiN कोटिंग्स के आधार पर बहु-घटक कोटिंग्स और बहुपरत कोटिंग्स विकसित की गई हैं, जैसे कि Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, आदि। TiN कोटिंग्स में Al और Si जैसे तत्वों को जोड़कर, कोटिंग्स के उच्च तापमान ऑक्सीकरण और कठोरता के प्रतिरोध को बेहतर बनाया जा सकता है, जबकि B जैसे तत्वों को जोड़ने से कोटिंग्स की कठोरता और आसंजन शक्ति में सुधार हो सकता है।

बहुघटक संरचना की जटिलता के कारण, इस अध्ययन में कई विवाद हैं। (Tix,Cr1-x)N बहुघटक कोटिंग्स के अध्ययन में, शोध परिणामों में एक बड़ा विवाद है। कुछ लोगों का मानना ​​​​है कि (Tix,Cr1-x)N कोटिंग्स TiN पर आधारित हैं, और Cr केवल TiN डॉट मैट्रिक्स में प्रतिस्थापन ठोस समाधान के रूप में मौजूद हो सकता है, लेकिन एक अलग CrN चरण के रूप में नहीं। अन्य अध्ययनों से पता चलता है कि (Tix,Cr1-x)N कोटिंग्स में Ti परमाणुओं को सीधे बदलने वाले Cr परमाणुओं की संख्या सीमित है, और शेष Cr एकल अवस्था में मौजूद है या N के साथ यौगिक बनाता है। प्रायोगिक परिणामों से पता चलता है कि कोटिंग में Cr मिलाने से सतह के कण का आकार कम हो जाता है और कठोरता बढ़ जाती है

3、अन्य कोटिंग परत

सामान्यतः प्रयुक्त TiN कोटिंग्स के अतिरिक्त, गियर सतह को सुदृढ़ बनाने के लिए कई विभिन्न इंजीनियरिंग सिरेमिक का उपयोग किया जाता है।

(1) जापान के वाई. टेराची एट अल. ने वाष्प जमाव विधि द्वारा जमा किए गए टाइटेनियम कार्बाइड या टाइटेनियम नाइट्राइड सिरेमिक गियर के घर्षण पहनने के प्रतिरोध का अध्ययन किया। गियर को कोटिंग से पहले लगभग HV720 की सतह कठोरता और 2.4 μm की सतह खुरदरापन प्राप्त करने के लिए कार्बराइज्ड और पॉलिश किया गया था, और सिरेमिक कोटिंग्स को टाइटेनियम कार्बाइड के लिए रासायनिक वाष्प जमाव (CVD) और टाइटेनियम नाइट्राइड के लिए भौतिक वाष्प जमाव (PVD) द्वारा तैयार किया गया था, जिसमें लगभग 2 μm की सिरेमिक फिल्म मोटाई थी। घर्षण पहनने के गुणों की जांच क्रमशः तेल और शुष्क घर्षण की उपस्थिति में की गई थी। यह पाया गया कि गियर वाइस के गैलिंग प्रतिरोध और खरोंच प्रतिरोध को सिरेमिक के साथ कोटिंग करने के बाद काफी हद तक बढ़ाया गया था।

(2) रासायनिक रूप से लेपित Ni-P और TiN की समग्र कोटिंग Ni-P को संक्रमण परत के रूप में पूर्व-कोटिंग करके और फिर TiN को जमा करके तैयार की गई थी। अध्ययन से पता चलता है कि इस समग्र कोटिंग की सतह की कठोरता में एक निश्चित सीमा तक सुधार हुआ है, और कोटिंग सब्सट्रेट के साथ बेहतर बंधी हुई है और इसमें बेहतर पहनने का प्रतिरोध है।

(3) WC/C, B4C पतली फिल्म
जापान इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग के एम. मुराकावा एट अल. ने गियर की सतह पर WC/C पतली फिल्म जमा करने के लिए PVD तकनीक का इस्तेमाल किया, और इसका सेवा जीवन तेल-मुक्त स्नेहन स्थितियों के तहत सामान्य शमन और ग्राउंड गियर की तुलना में तीन गुना था। फ्रांज जे एट अल. ने FEZ-A और FEZ-C गियर की सतह पर WC/C और B4C पतली फिल्म जमा करने के लिए PVD तकनीक का इस्तेमाल किया, और प्रयोग से पता चला कि PVD कोटिंग ने गियर घर्षण को काफी कम कर दिया, गियर को गर्म ग्लूइंग या ग्लूइंग के लिए कम संवेदनशील बना दिया, और गियर की लोड-असर क्षमता में सुधार हुआ।

(4) सीआरएन फिल्में
CrN फिल्में TiN फिल्मों के समान हैं, क्योंकि उनमें अधिक कठोरता होती है, और CrN फिल्में TiN की तुलना में उच्च तापमान ऑक्सीकरण के लिए अधिक प्रतिरोधी होती हैं, बेहतर संक्षारण प्रतिरोध, TiN फिल्मों की तुलना में कम आंतरिक तनाव और अपेक्षाकृत बेहतर कठोरता होती है। चेन लिंग एट ने HSS की सतह पर उत्कृष्ट फिल्म-आधारित बॉन्डिंग के साथ एक पहनने-प्रतिरोधी TiAlCrN/CrN मिश्रित फिल्म तैयार की, और बहुपरत फिल्म के अव्यवस्था स्टैकिंग सिद्धांत का भी प्रस्ताव दिया, यदि दो परतों के बीच अव्यवस्था ऊर्जा अंतर बड़ा है, तो एक परत में होने वाली अव्यवस्था दूसरी परत में अपने इंटरफेस को पार करना मुश्किल होगा, इस प्रकार इंटरफेस पर अव्यवस्था स्टैकिंग का निर्माण होगा और सामग्री को मजबूत करने की भूमिका निभाएगा। झोंग बिन एट ने CrNx फिल्मों की चरण संरचना और घर्षण पहनने के गुणों पर नाइट्रोजन सामग्री के प्रभाव का अध्ययन किया, और अध्ययन से पता चला कि फिल्मों में Cr2N (211) विवर्तन शिखर धीरे-धीरे कमजोर हो गया और CrN (220) शिखर धीरे-धीरे N2 सामग्री की वृद्धि के साथ बढ़ गया, फिल्म की सतह पर बड़े कण धीरे-धीरे कम हो गए और सतह सपाट हो गई। जब N2 वातन 25 मिली/मिनट था (लक्ष्य स्रोत चाप धारा 75 A थी, जमा CrN फिल्म में अच्छी सतह की गुणवत्ता, अच्छी कठोरता और उत्कृष्ट पहनने का प्रतिरोध है जब N2 वातन 25 मिली/मिनट था (लक्ष्य स्रोत चाप धारा 75A है, नकारात्मक दबाव 100V है)।

(5) सुपरहार्ड फिल्म
सुपरहार्ड फिल्म 40GPa से अधिक कठोरता, उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध और कम घर्षण गुणांक और कम तापीय विस्तार गुणांक वाली ठोस फिल्म है, मुख्य रूप से अनाकार हीरा फिल्म और CN फिल्म। अनाकार हीरा फिल्मों में अनाकार गुण होते हैं, कोई लंबी दूरी की व्यवस्थित संरचना नहीं होती है, और इसमें बड़ी संख्या में CC टेट्राहेड्रल बॉन्ड होते हैं, इसलिए उन्हें टेट्राहेड्रल अनाकार कार्बन फिल्में भी कहा जाता है। एक प्रकार की अनाकार कार्बन फिल्म के रूप में, हीरे जैसी कोटिंग (DLC) में हीरे के समान कई उत्कृष्ट गुण होते हैं, जैसे उच्च तापीय चालकता, उच्च कठोरता, उच्च लोचदार मापांक, तापीय विस्तार का कम गुणांक, अच्छा रासायनिक स्थिरता, अच्छा पहनने का प्रतिरोध और कम घर्षण गुणांक। यह दिखाया गया है कि गियर सतहों पर हीरे जैसी फिल्मों की कोटिंग सेवा जीवन को 6 गुना बढ़ा सकती है और थकान प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकती है। CN फिल्मों, जिन्हें अनाकार कार्बन-नाइट्रोजन फिल्मों के रूप में भी जाना जाता है, में β-Si3N4 सहसंयोजक यौगिकों के समान एक क्रिस्टल संरचना होती है और उन्हें β-C3N4 के रूप में भी जाना जाता है। लियू और कोहेन एट अल ने प्रथम-प्रकृति सिद्धांत से छद्म क्षमता बैंड गणनाओं का उपयोग करके कठोर सैद्धांतिक गणना की, पुष्टि की कि β-C3N4 में एक बड़ी बंधन ऊर्जा है, एक स्थिर यांत्रिक संरचना है, कम से कम एक उप-स्थिर स्थिति मौजूद हो सकती है, और इसका लोचदार मापांक हीरे के बराबर है, अच्छे गुणों के साथ, जो प्रभावी रूप से सामग्री की सतह कठोरता और पहनने के प्रतिरोध में सुधार कर सकता है और घर्षण गुणांक को कम कर सकता है।

(6) अन्य मिश्र धातु पहनने के लिए प्रतिरोधी कोटिंग परत
कुछ मिश्र धातु पहनने-प्रतिरोधी कोटिंग्स को गियर पर लागू करने की भी कोशिश की गई है, उदाहरण के लिए, 45# स्टील गियर की दांत की सतह पर Ni-P-Co मिश्र धातु परत का जमाव अल्ट्रा-फाइन ग्रेन संगठन प्राप्त करने के लिए एक मिश्र धातु परत है, जो जीवन को 1.144 ~ 1.533 गुना तक बढ़ा सकता है। यह भी अध्ययन किया गया है कि Cu-Cr-P मिश्र धातु कच्चा लोहा गियर की दांत की सतह पर Cu धातु परत और Ni-W मिश्र धातु कोटिंग को इसकी ताकत में सुधार करने के लिए लागू किया जाता है; Ni-W और Ni-Co मिश्र धातु कोटिंग HT250 कच्चा लोहा गियर की दांत की सतह पर लागू होती है, जो बिना लेपित गियर की तुलना में पहनने के प्रतिरोध को 4 ~ 6 गुना बेहतर बनाती है।