Teknoloji depo PVD a te pratike pandan plizyè ane kòm yon nouvo teknoloji modifikasyon sifas, espesyalman teknoloji kouch iyon vakyòm, ki te pran anpil devlopman nan dènye ane yo e kounye a li lajman itilize nan tretman zouti, mwazi, bag piston, angrenaj ak lòt konpozan. Angrenaj kouvri yo prepare pa teknoloji kouch iyon vakyòm ka siyifikativman diminye koyefisyan friksyon an, amelyore anti-usure ak sèten anti-korozyon, e li te vin sant ak pwen cho rechèch nan domèn teknoloji ranfòsman sifas angrenaj.
Materyèl komen yo itilize pou angrenaj yo se sitou asye fòje, asye fonn, fè fonn, metal ki pa fere (kwiv, aliminyòm) ak plastik. Asye se sitou asye 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Asye ki gen ti kabòn yo sitou itilize nan 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. Asye fòje pi lajman itilize nan angrenaj akòz pi bon pèfòmans li, alòske asye fonn anjeneral itilize pou fabrike angrenaj ki gen dyamèt > 400mm ak estrikti konplèks. Angrenaj fè fonn yo anti-lakòl ak rezistans pitting, men mank de rezistans enpak ak mete, sitou pou travay ki estab, pouvwa ki pa ba vitès oswa gwo gwosè ak fòm konplèks, ka travay nan kondisyon ki pa gen wilaj, apwopriye pou transmisyon ouvè. Metal ki pa fè yo souvan itilize se bwonz fèblan, bwonz aliminyòm-fè ak alyaj aliminyòm moule. Yo souvan itilize nan fabrikasyon turbin oswa angrenaj, men pwopriyete glisman ak anti-friksyon yo pòv, sèlman pou angrenaj lejè, chaj mwayen ak vitès ki ba. Angrenaj ki pa fèt ak materyèl metalik yo sitou itilize nan kèk domèn ki gen egzijans espesyal, tankou wilaj san lwil oliv ak gwo fyab. Nan domèn ki gen kondisyon tankou polisyon ki ba, tankou aparèy kay, ekipman medikal, machin pou manje ak machin twal.
Materyèl pou kouvri angrenaj
Materyèl seramik pou jeni yo se materyèl ki pwomèt anpil, yo gen yon gwo fòs ak dite, sitou ekselan rezistans chalè, ba konduktivite tèmik ak ekspansyon tèmik, gwo rezistans mete ak rezistans oksidasyon. Yon gwo kantite etid montre ke materyèl seramik yo natirèlman rezistan a chalè epi yo gen mwens usure sou metal. Se poutèt sa, itilizasyon materyèl seramik olye de materyèl metal pou pati ki reziste usure ka amelyore lavi pati friksyon an, ka satisfè kèk nan materyèl ki gen gwo rezistans tanperati ak usure, milti-fonksyonèl ak lòt egzijans difisil. Kounye a, yo te itilize materyèl seramik pou jeni nan fabrikasyon pati motè ki reziste chalè, pati transmisyon mekanik ki usure, pati ekipman chimik ki reziste korozyon ak pati sele, sa ki montre de pli zan pli pèspektiv aplikasyon laj materyèl seramik yo.
Peyi devlope tankou Almay, Japon, Etazini, Wayòm Ini ak lòt peyi bay anpil enpòtans nan devlopman ak aplikasyon materyèl seramik jeni, epi envesti anpil lajan ak mendèv pou devlope teyori pwosesis ak teknoloji seramik jeni. Almay lanse yon pwogram yo rele "SFB442", ki gen objektif pou itilize teknoloji PVD pou sentetize yon fim apwopriye sou sifas pyès yo pou ranplase mwayen lubrifyan ki potansyèlman danjere pou anviwònman an ak kò imen an. PW Gold ak lòt moun nan Almay te itilize finansman SFB442 la pou aplike teknoloji PVD pou depoze fim mens sou sifas kote yo pote woulo epi yo te jwenn ke pèfòmans anti-usure kote yo pote woulo yo te amelyore anpil epi fim ki depoze sou sifas la te kapab ranplase nèt fonksyon aditif anti-usure presyon ekstrèm yo. Joachim, Franz et al. nan Almay te itilize teknoloji PVD pou prepare fim WC/C ki demontre ekselan pwopriyete anti-fatig, pi wo pase sa yo ki nan lubrifyan ki gen aditif EP, yon rezilta ki menm jan an bay posiblite pou ranplase aditif danjere ak kouch. E. Lugscheider et al. nan Enstiti Syans Materyèl, Inivèsite Teknik Aachen, Almay, avèk finansman nan men DFG (Komisyon Rechèch Alman an), te demontre yon ogmantasyon siyifikatif nan rezistans fatig apre yo te depoze fim apwopriye sou asye 100Cr6 lè l sèvi avèk teknoloji PVD. Anplis de sa, General Motors Etazini te kòmanse nan Fim depo sifas angrenaj machin tip VolvoS80Turbo li a pou amelyore rezistans kont pitting fatig; konpayi Timken ki renome a te lanse fim sifas angrenaj non ES200 la; mak anrejistre MAXIT gear coating te parèt nan Almay; mak anrejistre Graphit-iC ak Dymon-iC respektivman Gear coatings ak mak anrejistre Graphit-iC ak Dymon-iC yo disponib tou nan Wayòm Ini a.
Kòm yon pyès rezèv enpòtan nan transmisyon mekanik, angrenaj yo jwe yon wòl enpòtan nan endistri a, kidonk li gen yon siyifikasyon pratik trè enpòtan pou etidye aplikasyon materyèl seramik sou angrenaj yo. Kounye a, seramik jeni yo aplike nan angrenaj yo se sitou sa ki annapre yo.
1. Kouch kouch TiN
1、TiN
Kouch seramik TiN ak yon kouch iyon se youn nan kouch modifye sifas ki pi lajman itilize yo. Li gen yon gwo dite, yon gwo fòs adezyon, yon koyefisyan friksyon ki ba, yon bon rezistans korozyon, elatriye. Li te lajman itilize nan divès domèn, espesyalman nan endistri zouti ak mwazi. Rezon prensipal ki afekte aplikasyon kouch seramik sou angrenaj se pwoblèm lyezon ant kouch seramik la ak substrat la. Piske kondisyon travay ak faktè enfliyans angrenaj yo pi konplike pase sa yo ki nan zouti ak mwazi, aplikasyon yon sèl kouch TiN sou tretman sifas angrenaj la trè limite. Malgre ke kouch seramik la gen avantaj tankou yon gwo dite, yon koyefisyan friksyon ki ba ak rezistans korozyon, li frajil epi li difisil pou jwenn yon kouch ki pi epè, kidonk li bezwen yon substrat ki gen yon gwo dite ak yon gwo fòs pou sipòte kouch la pou l ka jwe karakteristik li yo. Se poutèt sa, kouch seramik la sitou itilize pou sifas carbure ak asye rapid. Materyèl angrenaj la mou konpare ak materyèl seramik la, epi diferans ki genyen ant nati substrati a ak kouch la gwo, kidonk konbinezon kouch la ak substrati a pòv, epi kouch la pa ase pou sipòte kouch la, sa ki fè kouch la fasil pou tonbe pandan pwosesis itilizasyon an, non sèlman li pa ka jwe avantaj kouch seramik la, men patikil kouch seramik ki tonbe yo pral lakòz mete abrazif sou angrenaj la, sa ki akselere pèt mete angrenaj la. Solisyon aktyèl la se itilize teknoloji tretman sifas konpoze pou amelyore lyezon ki genyen ant seramik la ak substrati a. Teknoloji tretman sifas konpoze refere a konbinezon kouch depo vapè fizik ak lòt pwosesis tretman sifas oswa kouch, lè l sèvi avèk de sifas/sou-sifas separe pou modifye sifas materyèl substrati a pou jwenn pwopriyete mekanik konpoze ke yon sèl pwosesis tretman sifas pa ka reyalize. Kouch konpoze TiN depoze pa nitridasyon iyon ak PVD se youn nan kouch konpoze ki pi rechèche yo. Substra nitridasyon plasma a ak kouch konpoze seramik TiN gen yon lyezon solid epi rezistans mete a amelyore anpil.
Epesè optimal kouch fim TiN ki gen ekselan rezistans kont usure ak lyezon baz fim nan se anviwon 3 ~ 4 μm. Si epesè kouch fim nan mwens pase 2 μm, rezistans usure a p ap amelyore anpil. Si epesè kouch fim nan plis pase 5 μm, lyezon baz fim nan ap diminye.
2. Kouch TiN milti-kouch, milti-konpozan
Avèk aplikasyon gradyèl ak toupatou kouch TiN yo, gen plis rechèch sou kijan pou amelyore ak amelyore kouch TiN yo. Nan dènye ane yo, yo te devlope kouch milti-konpozan ak kouch miltikouch ki baze sou kouch TiN binè, tankou Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, elatriye. Lè yo ajoute eleman tankou Al ak Si nan kouch TiN yo, yo ka amelyore rezistans a oksidasyon nan tanperati ki wo ak dite kouch yo, pandan y ap ajoute eleman tankou B ka amelyore dite ak fòs adezyon kouch yo.
Akòz konpleksite konpozisyon milti-konpozan an, gen anpil kontwovès nan etid sa a. Nan etid kouch milti-konpozan (Tix,Cr1-x)N yo, gen yon gwo kontwovès nan rezilta rechèch yo. Gen moun ki kwè ke kouch (Tix,Cr1-x)N yo baze sou TiN, epi Cr ka sèlman egziste nan fòm solisyon solid ranplasman nan matris pwen TiN lan, men pa kòm yon faz CrN apa. Gen lòt etid ki montre ke kantite atòm Cr ki ranplase dirèkteman atòm Ti nan kouch (Tix,Cr1-x)N yo limite, epi Cr ki rete a egziste nan eta singlet la oswa fòme konpoze ak N. Rezilta eksperimantal yo montre ke adisyon Cr nan kouch la diminye gwosè patikil sifas la epi ogmante dite a, epi dite kouch la rive nan valè ki pi wo li lè pousantaj mas Cr a rive nan 3l%, men estrès entèn kouch la rive tou nan valè maksimòm li.
3, Lòt kouch kouch
Anplis kouch TiN yo itilize souvan, yo itilize anpil seramik jeni diferan pou ranfòse sifas angrenaj.
(1) Y. Terauchi et al. nan Japon te etidye rezistans kont friksyon angrenaj seramik karbi Titàn oswa nitrid Titàn depoze pa metòd depo vapè. Angrenaj yo te kaburize epi poli pou reyalize yon dite sifas apeprè HV720 ak yon aspè sifas 2.4 μm anvan kouch la, epi kouch seramik yo te prepare pa depo vapè chimik (CVD) pou karbi Titàn ak pa depo vapè fizik (PVD) pou nitrid Titàn, ak yon epesè fim seramik apeprè 2 μm. Pwopriyete friksyon yo te envestige an prezans lwil ak friksyon sèk, respektivman. Yo te jwenn ke rezistans fwotman ak rezistans reyur nan vis angrenaj la te amelyore anpil apre kouch seramik la.
(2) Yo te prepare yon kouch konpoze Ni-P ak TiN ki te kouvri chimikman lè yo te pre-kouch Ni-P kòm yon kouch tranzisyon epi answit yo te depoze TiN. Etid la montre ke dite sifas kouch konpoze sa a te amelyore nan yon sèten mezi, epi kouch la pi byen kole ak substrat la epi li gen pi bon rezistans kont mete.
(3) WC/C, fim mens B4C
M. Murakawa et al., Depatman Jeni Mekanik, Enstiti Teknoloji Japon an, te itilize teknoloji PVD pou depoze fim mens WC/C sou sifas angrenaj yo, epi lavi sèvis li te twa fwa pi long pase angrenaj òdinè ki te trete ak moulen anba kondisyon wilaj san lwil. Franz J et al. te itilize teknoloji PVD pou depoze fim mens WC/C ak B4C sou sifas angrenaj FEZ-A ak FEZ-C yo, epi eksperyans lan te montre ke kouch PVD a te diminye friksyon angrenaj la anpil, li te fè angrenaj la mwens sansib a kolaj cho oswa kole, epi li te amelyore kapasite sipò chaj angrenaj la.
(4) Fim CrN
Fim CrN yo sanble ak fim TiN yo paske yo gen plis dite, epi fim CrN yo pi rezistan a oksidasyon nan tanperati ki wo pase TiN, yo gen pi bon rezistans korozyon, pi ba estrès entèn pase fim TiN yo, epi yo relativman pi bon rezistans. Chen Ling et te prepare yon fim konpoze TiAlCrN/CrN ki reziste mete ak yon ekselan lyezon ki baze sou fim sou sifas HSS la, epi yo te pwopoze tou teyori anpileman dislokasyon fim miltikouch la, si diferans enèji dislokasyon ant de kouch yo gwo, dislokasyon ki fèt nan yon kouch ap difisil pou travèse koòdone li nan lòt kouch la, kidonk fòme anpileman dislokasyon an nan koòdone a epi jwe wòl ranfòse materyèl la. Zhong Bin et te etidye efè kontni nitwojèn sou estrikti faz ak pwopriyete mete friksyon fim CrNx yo, epi etid la te montre ke pik difraksyon Cr2N (211) nan fim yo te febli piti piti epi pik CrN (220) la te ogmante piti piti ak ogmantasyon kontni N2 a, gwo patikil yo sou sifas fim nan te diminye piti piti epi sifas la te gen tandans vin plat. Lè aereasyon N2 a te 25 ml/min (kounye arc sous sib la te 75 A), fim CrN depoze a gen bon kalite sifas, bon dite ak ekselan rezistans kont mete lè aereasyon N2 a se 25ml/min (kounye arc sous sib la se 75A, presyon negatif la se 100V).
(5) Fim superdi
Fim superdi se fim solid ki gen yon dite ki pi gran pase 40GPa, ekselan rezistans nan mete, rezistans tanperati ki wo, koyefisyan friksyon ki ba ak koyefisyan ekspansyon tèmik ki ba, sitou fim dyaman amorf ak fim CN. Fim dyaman amorf yo gen pwopriyete amorf, pa gen yon estrikti òdone long distans, epi yo genyen yon gwo kantite lyezon tetraedrik CC, kidonk yo rele yo tou fim kabòn amorf tetraedrik. Kòm yon kalite fim kabòn amorf, kouch ki sanble ak dyaman (DLC) gen anpil pwopriyete ekselan menm jan ak dyaman, tankou konduktivite tèmik ki wo, dite ki wo, modil elastik ki wo, koyefisyan ekspansyon tèmik ki ba, bon estabilite chimik, bon rezistans nan mete ak koyefisyan friksyon ki ba. Li te demontre ke kouch fim ki sanble ak dyaman sou sifas angrenaj ka pwolonje lavi sèvis la pa yon faktè 6 epi amelyore rezistans fatig la anpil. Fim CN, ke yo rele tou fim kabòn-azòt amorf, gen yon estrikti kristal ki sanble ak konpoze kovalan β-Si3N4 epi yo konnen yo tou kòm β-C3N4. Liu ak Cohen et al. Yo te fè kalkil teyorik rigoureux lè l sèvi avèk kalkil bann pseudopotansyèl ki soti nan prensip premye nati a, epi yo te konfime ke β-C3N4 gen yon gwo enèji lyezon, yon estrikti mekanik ki estab, omwen yon eta sub-estab ka egziste, epi modil elastik li konparab ak dyaman, ak bon pwopriyete, ki ka amelyore dite sifas ak rezistans mete materyèl la efektivman epi redwi koyefisyan friksyon an.
(6) Lòt kouch alyaj ki reziste mete
Yo te eseye aplike kèk kouch alyaj ki reziste kont mete sou angrenaj tou. Pa egzanp, depo kouch alyaj Ni-P-Co sou sifas dan angrenaj asye 45# la se yon kouch alyaj pou jwenn yon òganizasyon grenn ultra-fin, sa ki ka pwolonje lavi a jiska 1.144 ~ 1.533 fwa. Yo te etidye tou ke yo aplike kouch metal Cu ak kouch alyaj Ni-W sou sifas dan angrenaj fè fonn alyaj Cu-Cr-P pou amelyore rezistans li; yo aplike kouch alyaj Ni-W ak Ni-Co sou sifas dan angrenaj fè fonn HT250 pou amelyore rezistans mete a pa 4 ~ 6 fwa konpare ak angrenaj ki pa gen kouch.
Dat piblikasyon: 7 novanm 2022