Teknologi deposisi PVD wis dipraktekke pirang-pirang taun minangka teknologi modifikasi permukaan anyar, utamane teknologi pelapisan ion vakum, sing wis entuk perkembangan gedhe ing taun-taun pungkasan lan saiki akeh digunakake ing perawatan alat, cetakan, ring piston, gir, lan komponen liyane. Gir sing dilapisi sing disiapake dening teknologi pelapisan ion vakum bisa nyuda koefisien gesekan kanthi signifikan, nambah anti-aus lan anti-korosi tartamtu, lan wis dadi fokus lan titik panas riset ing bidang teknologi penguatan permukaan gir.
Bahan umum sing digunakake kanggo gir utamane baja tempa, baja cor, wesi cor, logam non-ferrous (tembaga, aluminium) lan plastik. Baja utamane baja 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Baja karbon rendah utamane digunakake ing 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. Baja tempa luwih akeh digunakake ing gir amarga kinerjane sing luwih apik, dene baja cor biasane digunakake kanggo nggawe gir kanthi diameter > 400mm lan struktur sing kompleks. Gir wesi cor anti-lem lan tahan pitting, nanging kurang tahan benturan lan aus, utamane kanggo kerja sing stabil, daya ora kecepatan rendah utawa ukuran gedhe lan bentuk sing kompleks, bisa kerja ing kahanan kurang pelumasan, cocok kanggo transmisi mbukak. Logam non-ferrous sing umum digunakake yaiku perunggu timah, perunggu aluminium-besi lan paduan aluminium cor, umum digunakake ing pabrik turbin utawa gir, nanging sifat geser lan anti-gesekan kurang apik, mung kanggo gir entheng, beban sedang, lan kecepatan rendah. Gir bahan non-logam utamane digunakake ing sawetara bidang kanthi syarat khusus, kayata pelumasan bebas lenga lan keandalan sing dhuwur. Bidang kahanan kayata polusi rendah, kaya peralatan rumah tangga, peralatan medis, mesin panganan, lan mesin tekstil.
Bahan lapisan gir
Bahan keramik rekayasa minangka bahan sing janjeni banget kanthi kekuatan lan kekerasan sing dhuwur, utamane tahan panas sing apik banget, konduktivitas termal lan ekspansi termal sing endhek, tahan aus sing dhuwur lan tahan oksidasi. Akeh panliten sing nuduhake yen bahan keramik kanthi alami tahan panas lan duwe aus sing sithik ing logam. Mulane, panggunaan bahan keramik tinimbang bahan logam kanggo bagean sing tahan aus bisa nambah umur sub gesekan, bisa nyukupi sawetara bahan tahan suhu dhuwur lan tahan aus sing dhuwur, multi-fungsi lan syarat angel liyane. Saiki, bahan keramik rekayasa wis digunakake ing pabrikasi bagean tahan panas mesin, transmisi mekanik ing bagean sing tahan aus, peralatan kimia ing bagean tahan korosi lan bagean sealing, saya nuduhake aplikasi sing wiyar saka prospek bahan keramik.
Negara-negara maju kaya ta Jerman, Jepang, Amerika Serikat, Inggris, lan negara-negara liyané ngutamakake pangembangan lan aplikasi bahan keramik rekayasa, nandur modal akeh dhuwit lan tenaga kerja kanggo ngembangake teori pangolahan lan teknologi keramik rekayasa. Jerman wis ngluncurake program sing diarani "SFB442", sing tujuane yaiku nggunakake teknologi PVD kanggo nyintesis film sing cocog ing permukaan bagean kanggo ngganti media pelumas sing mbebayani kanggo lingkungan lan awak manungsa. PW Gold lan liya-liyane ing Jerman nggunakake dana saka SFB442 kanggo ngetrapake teknologi PVD kanggo nyelehake film tipis ing permukaan bantalan gulung lan nemokake manawa kinerja anti-aus bantalan gulung saya apik lan film sing diselehake ing permukaan bisa ngganti fungsi aditif anti-aus tekanan ekstrem. Joachim, Franz et al. ing Jerman nggunakake teknologi PVD kanggo nyiyapake film WC/C sing nuduhake sifat anti-lelah sing apik banget, luwih dhuwur tinimbang pelumas sing ngemot aditif EP, asil sing uga ngasilake kemungkinan ngganti aditif sing mbebayani karo lapisan. E. Lugscheider et al. saka Institut Ilmu Bahan, Universitas Teknik Aachen, Jerman, kanthi pendanaan saka DFG (Komisi Riset Jerman), nuduhake peningkatan sing signifikan ing resistensi lelah sawise nyelehake film sing cocog ing baja 100Cr6 nggunakake teknologi PVD. Kajaba iku, Amerika Serikat General Motors wis miwiti nggawe film deposisi permukaan gir mobil tipe VolvoS80Turbo kanggo ningkatake resistensi pitting fatigue; perusahaan Timken sing misuwur wis ngluncurake film permukaan gir ES200; merek dagang terdaftar MAXIT gear coating wis muncul ing Jerman; merek dagang terdaftar Graphit-iC lan Dymon-iC. Pelapis gir kanthi merek dagang terdaftar Graphit-iC lan Dymon-iC uga kasedhiya ing Inggris.
Minangka suku cadang penting kanggo transmisi mekanik, gir nduweni peran penting ing industri, mula penting banget kanggo nyinaoni aplikasi bahan keramik ing gir. Saiki, keramik teknik sing ditrapake ing gir utamane kaya ing ngisor iki.
1. Lapisan pelapis TiN
1. TiN
Lapisan keramik TiN lapisan ion minangka salah sawijining lapisan modifikasi permukaan sing paling akeh digunakake kanthi kekerasan dhuwur, kekuatan adhesi dhuwur, koefisien gesekan sing endhek, tahan korosi sing apik, lan liya-liyane. Lapisan iki wis digunakake sacara wiyar ing macem-macem bidang, utamane ing industri alat lan cetakan. Alesan utama sing mengaruhi aplikasi lapisan keramik ing gir yaiku masalah ikatan antarane lapisan keramik lan substrat. Amarga kondisi kerja lan faktor sing mengaruhi gir luwih rumit tinimbang alat lan cetakan, aplikasi lapisan TiN tunggal ing perawatan permukaan gir diwatesi banget. Sanajan lapisan keramik nduweni kaluwihan kekerasan sing dhuwur, koefisien gesekan sing endhek lan tahan korosi, lapisan iki rapuh lan angel entuk lapisan sing luwih kandel, mula butuh kekerasan sing dhuwur lan substrat kekuatan sing dhuwur kanggo ndhukung lapisan kasebut supaya bisa mainake karakteristike. Mulane, lapisan keramik biasane digunakake kanggo permukaan karbida lan baja kecepatan tinggi. Bahan gir luwih alus tinimbang bahan keramik, lan bedane antarane sifat substrat lan lapisan kasebut gedhe, mula kombinasi lapisan lan substrat kurang apik, lan lapisan kasebut ora cukup kanggo ndhukung lapisan kasebut, saengga lapisan kasebut gampang copot nalika digunakake, ora mung ora bisa nggunakake kaluwihan lapisan keramik, nanging partikel lapisan keramik sing copot bakal nyebabake kerusakan abrasif ing gir, sing nyepetake kerusakan gir. Solusi saiki yaiku nggunakake teknologi perawatan permukaan komposit kanggo nambah ikatan antarane keramik lan substrat. Teknologi perawatan permukaan komposit nuduhake kombinasi lapisan deposisi uap fisik lan proses perawatan permukaan utawa lapisan liyane, nggunakake rong permukaan/subpermukaan sing kapisah kanggo ngowahi permukaan bahan substrat kanggo entuk sifat mekanik komposit sing ora bisa digayuh kanthi proses perawatan permukaan tunggal. Lapisan komposit TiN sing diendapkan dening ion nitriding lan PVD minangka salah sawijining lapisan komposit sing paling akeh diteliti. Substrat nitriding plasma lan lapisan komposit keramik TiN duwe ikatan sing kuwat lan resistensi kerusakan saya tambah apik.
Kekandelan optimal lapisan film TiN kanthi ketahanan aus lan ikatan dasar film sing apik banget yaiku udakara 3 ~ 4 μm. Yen kekandelan lapisan film kurang saka 2 μm, ketahanan aus ora bakal saya apik. Yen kekandelan lapisan film luwih saka 5 μm, ikatan dasar film bakal mudhun.
2. Lapisan TiN multi-lapisan, multi-komponen
Kanthi aplikasi lapisan TiN sing bertahap lan nyebar, saya akeh riset babagan carane ningkatake lan ningkatake lapisan TiN. Ing taun-taun pungkasan, lapisan multi-komponen lan lapisan multi-lapisan wis dikembangake adhedhasar lapisan TiN biner, kayata Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, lan liya-liyane. Kanthi nambahake unsur kayata Al lan Si menyang lapisan TiN, resistensi marang oksidasi suhu dhuwur lan kekerasan lapisan bisa ditingkatake, dene nambahake unsur kayata B bisa ningkatake kekerasan lan kekuatan adhesi lapisan.
Amarga kerumitan komposisi multikomponen, ana akeh kontroversi ing panliten iki. Ing panliten babagan lapisan multikomponen (Tix,Cr1-x)N, ana kontroversi gedhe ing asil panliten. Sawetara wong percaya yen lapisan (Tix,Cr1-x)N adhedhasar TiN, lan Cr mung bisa ana ing bentuk larutan padat panggantos ing matriks titik TiN, nanging ora minangka fase CrN sing kapisah. Panliten liyane nuduhake yen jumlah atom Cr sing langsung ngganti atom Ti ing lapisan (Tix,Cr1-x)N winates, lan Cr sing isih ana ing kahanan singlet utawa mbentuk senyawa karo N. Asil eksperimen nuduhake yen tambahan Cr menyang lapisan nyuda ukuran partikel permukaan lan nambah kekerasan, lan kekerasan lapisan tekan nilai paling dhuwur nalika persentase massa Cr tekan 3l%, nanging stres internal lapisan uga tekan nilai maksimal.
3. Lapisan pelapis liyane
Saliyané lapisan TiN sing umum digunakaké, akèh keramik rékayasa sing digunakaké kanggo nguwataké permukaan gir.
(1) Y. Terauchi et al. saka Jepang nyinaoni resistensi gesekan saka gir keramik titanium karbida utawa titanium nitrida sing diendapkan nganggo metode deposisi uap. Gir kasebut dikarburisasi lan dipoles kanggo entuk kekerasan permukaan sekitar HV720 lan kekasaran permukaan 2,4 μm sadurunge dilapisi, lan lapisan keramik disiapake nganggo deposisi uap kimia (CVD) kanggo titanium karbida lan nganggo deposisi uap fisik (PVD) kanggo titanium nitrida, kanthi kekandelan film keramik sekitar 2 μm. Sifat gesekan diselidiki kanthi anané gesekan lenga lan garing. Ditemokake manawa resistensi galling lan resistensi goresan saka catok gir saya tambah akeh sawise dilapisi nganggo keramik.
(2) Lapisan komposit Ni-P lan TiN sing dilapisi sacara kimia disiapake kanthi pra-lapisan Ni-P minangka lapisan transisi banjur nglebokake TiN. Panliten iki nuduhake yen kekerasan permukaan lapisan komposit iki wis saya apik nganti sawetara tingkat, lan lapisan kasebut luwih apik kaiket karo substrat lan nduweni ketahanan aus sing luwih apik.
(3) WC/C, lapisan tipis B4C
M. Murakawa et al., Departemen Teknik Mesin, Institut Teknologi Jepang, nggunakake teknologi PVD kanggo nyelehake film tipis WC/C ing permukaan gir, lan umur layanane telu kali lipat saka gir sing wis di-quench lan di-ground biasa ing kondisi pelumasan bebas minyak. Franz J et al. nggunakake teknologi PVD kanggo nyelehake film tipis WC/C lan B4C ing permukaan gir FEZ-A lan FEZ-C, lan eksperimen kasebut nuduhake yen lapisan PVD nyuda gesekan gir kanthi signifikan, nggawe gir kurang rentan marang perekatan panas utawa perekatan, lan nambah kapasitas bantalan beban gir.
(4) Film CrN
Film CrN mèmper karo film TiN amarga nduwèni kakerasan sing luwih dhuwur, lan film CrN luwih tahan marang oksidasi suhu dhuwur tinimbang TiN, nduwèni tahan korosi sing luwih apik, stres internal sing luwih murah tinimbang film TiN, lan ketangguhan sing relatif luwih apik. Chen Ling et al. nyiapaké film komposit TiAlCrN/CrN sing tahan aus kanthi ikatan berbasis film sing apik banget ing permukaan HSS, lan uga ngusulaké téori susunan dislokasi film multilayer, yèn bédané ènergi dislokasi antarane rong lapisan gedhé, dislokasi sing kedadeyan ing siji lapisan bakal angel ngliwati antarmuka menyang lapisan liyané, saéngga mbentuk susunan dislokasi ing antarmuka lan nduwèni peran kanggo nguwataké materi. Zhong Bin et al. nyinaoni èfèk kandungan nitrogen ing struktur fase lan sifat keausan gesekan film CrNx, lan panlitèn kasebut nuduhaké yèn puncak difraksi Cr2N (211) ing film saya suda lan puncak CrN (220) saya tambah kanthi tambahé kandungan N2, partikel gedhé ing permukaan film saya suda lan permukaan cenderung rata. Nalika aerasi N2 yaiku 25 ml/menit (arus busur sumber target yaiku 75 A, film CrN sing diendapke nduweni kualitas permukaan sing apik, atos apik, lan tahan aus sing apik banget nalika aerasi N2 yaiku 25 ml/menit (arus busur sumber target yaiku 75A, tekanan negatif yaiku 100V).
(5) Film Superhard
Film superhard yaiku film padat kanthi atose luwih saka 40GPa, tahan aus sing apik banget, tahan suhu dhuwur lan koefisien gesekan sing endhek lan koefisien ekspansi termal sing endhek, utamane film berlian amorf lan film CN. Film berlian amorf duwe sifat amorf, ora ana struktur sing teratur jarak jauh, lan ngemot akeh ikatan tetrahedral CC, mula uga diarani film karbon amorf tetrahedral. Minangka jinis film karbon amorf, lapisan kaya berlian (DLC) duwe akeh sifat sing apik kaya berlian, kayata konduktivitas termal sing dhuwur, atose sing dhuwur, modulus elastis sing dhuwur, koefisien ekspansi termal sing endhek, stabilitas kimia sing apik, tahan aus sing apik lan koefisien gesekan sing endhek. Wis dituduhake manawa lapisan film kaya berlian ing permukaan gir bisa ngluwihi umur layanan kanthi faktor 6 lan nambah resistensi fatigue kanthi signifikan. Film CN, uga dikenal minangka film karbon-nitrogen amorf, duwe struktur kristal sing padha karo senyawa kovalen β-Si3N4 lan uga dikenal minangka β-C3N4. Liu lan Cohen et al. Nindakake pitungan teoretis sing ketat nggunakake pitungan pita pseudopotensial saka prinsip sifat pertama, ngonfirmasi manawa β-C3N4 duwe energi pengikatan sing gedhe, struktur mekanik sing stabil, paling ora ana siji kahanan sub-stabil, lan modulus elastisitase bisa dibandhingake karo berlian, kanthi sifat sing apik, sing bisa kanthi efektif ningkatake kekerasan permukaan lan ketahanan aus materi lan nyuda koefisien gesekan.
(6) Lapisan lapisan tahan aus paduan liyane
Sawetara lapisan tahan aus paduan uga wis dicoba ditrapake ing gir, contone, pengendapan lapisan paduan Ni-P-Co ing permukaan untu gir baja 45# minangka lapisan paduan kanggo entuk organisasi butiran ultra-halus, sing bisa ngluwihi umur nganti 1,144 ~ 1,533 kali. Uga wis ditliti manawa lapisan logam Cu lan lapisan paduan Ni-W ditrapake ing permukaan untu gir wesi cor paduan Cu-Cr-P kanggo nambah kekuwatane; Lapisan paduan Ni-W lan Ni-Co ditrapake ing permukaan untu gir wesi cor HT250 kanggo nambah resistensi aus nganti 4 ~ 6 kali dibandhingake karo gir sing ora dilapisi.
Wektu kiriman: 07-Nov-2022