Тісті жабын технологиясы

PVD тұндыру технологиясы бетті модификациялаудың жаңа технологиясы ретінде көп жылдар бойы тәжірибеден өтті, әсіресе соңғы жылдары үлкен дамуға ие болған және қазіргі уақытта құралдарды, қалыптарды, поршеньдік сақиналарды, тісті дөңгелектерді және басқа компоненттерді өңдеуде кеңінен қолданылады. Вакуумды ионды жабын технологиясымен дайындалған қапталған берілістер үйкеліс коэффициентін айтарлықтай төмендетеді, тозуға қарсы және белгілі бір коррозияға қарсы жақсартады және тісті беріліс бетін нығайту технологиясы саласындағы зерттеулердің фокусы мен ыстық нүктесі болды.

Тісті доңғалақтар үшін қолданылатын жалпы материалдар негізінен соғылған болат, шойын, шойын, түсті металдар (мыс, алюминий) және пластмассалар болып табылады. Болат негізінен 45 болат, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Төмен көміртекті болат негізінен 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo қолданылады. Соғылған болат оның жақсы жұмыс істеуіне байланысты тісті доңғалақтарда кеңінен қолданылады, ал құйма болат әдетте диаметрі > 400 мм және күрделі құрылымы бар тісті доңғалақтарды өндіру үшін қолданылады. Шойын тісті доңғалақтар желімге және шұңқырға төзімді, бірақ соққыға және тозуға төзімділіктің болмауы, негізінен тұрақты жұмыс үшін, қуаты төмен жылдамдықты немесе үлкен өлшемді және күрделі пішінді емес, майлаудың болмауы жағдайында жұмыс істей алады, ашық беріліс үшін жарамды. Түсті металдар әдетте турбиналар немесе тісті доңғалақтар жасауда қолданылатын қалайы қола, алюминий-темір қола және құйма алюминий қорытпасы болып табылады, бірақ сырғанау және үйкеліске қарсы қасиеттері нашар, тек жеңіл, орташа жүктеме және төмен жылдамдықты берілістер үшін. Металл емес материалды берілістер негізінен майсыз майлау және жоғары сенімділік сияқты ерекше талаптары бар кейбір кен орындарында қолданылады. Тұрмыстық техника, медициналық жабдықтар, азық-түлік машиналары және тоқыма машиналары сияқты төмен ластану сияқты жағдайлар саласы.

Тісті жабын материалдары

Инженерлік керамикалық материалдар жоғары беріктігі мен қаттылығы, әсіресе тамаша ыстыққа төзімділігі, төмен жылу өткізгіштігі және термиялық кеңеюі, жоғары тозуға төзімділігі және тотығуға төзімділігі бар өте перспективалы материалдар болып табылады. Көптеген зерттеулер керамикалық материалдардың табиғи ыстыққа төзімділігін және металдарда аз тозуға ие екенін көрсетті. Сондықтан тозуға төзімді бөлшектер үшін металл материалдардың орнына керамикалық материалдарды пайдалану үйкеліс субстратының қызмет ету мерзімін ұзартуы мүмкін, жоғары температура мен жоғары тозуға төзімді материалдардың кейбірін, көп функциялы және басқа да қатаң талаптарды қанағаттандыра алады. Қазіргі уақытта инженерлік керамикалық материалдар қозғалтқыштың ыстыққа төзімді бөлшектерін, тозу бөліктеріндегі механикалық берілістерді, коррозияға төзімді бөлшектер мен тығыздағыш бөліктеріндегі химиялық жабдықты өндіруде қолданылды, керамикалық материалдардың келешегі барған сайын кеңірек қолданылуын көрсетеді.

Германия, Жапония, Америка Құрама Штаттары, Ұлыбритания және басқа елдер сияқты дамыған елдер инженерлік керамикалық материалдарды әзірлеуге және қолдануға үлкен мән береді, инженерлік керамикалық бұйымдарды өңдеу теориясы мен технологиясын дамытуға көп қаражат пен жұмыс күшін жұмсайды. Германия «SFB442» деп аталатын бағдарламаны іске қосты, оның мақсаты қоршаған ортаға және адам ағзасына ықтимал зиянды майлау ортасын ауыстыру үшін бөлшектердің бетінде қолайлы пленканы синтездеу үшін PVD технологиясын пайдалану болып табылады. айтарлықтай жақсарды және бетінде тұндырылған қабықшалар өте жоғары қысымға қарсы тозуға қарсы қоспалардың функциясын толығымен алмастыра алады, бұл EP қоспалары бар майлау материалдарынан жоғары, WC/C пленкаларын дайындау үшін, соның нәтижесінде өнімділік жоғарылайды. Lugscheider және басқалары, Аахен техникалық университеті, Германия, DFG қаржыландыруымен, PVD технологиясын қолдана отырып, 100Cr6 болатқа тиісті қабықшаларды түсіргеннен кейін, шаршауға төзімділіктің айтарлықтай артқанын көрсетті. атақты Timken компаниясы ES200 редукторының беткі пленкасы атауын шығарды; MAXIT тісті жабыны Германияда тіркелген Graphit-iC және Dymon-iC сауда белгілері бар Gear жабындары Ұлыбританияда да бар.

Механикалық беріліс қорабының маңызды қосалқы бөлшектері ретінде тісті доңғалақтар өнеркәсіпте маңызды рөл атқарады, сондықтан керамикалық материалдарды тісті дөңгелектерге қолдануды зерттеудің практикалық маңызы өте зор. Қазіргі уақытта тісті берілістерге қолданылатын инженерлік керамика негізінен мыналар болып табылады.

1、TiN жабын қабаты
1、ТиН

Ионды жабын TiN керамикалық қабаты жоғары қаттылық, жоғары адгезия беріктігі, төмен үйкеліс коэффициенті, жақсы коррозияға төзімділігі және т.б. бар ең көп қолданылатын беті модификацияланған жабындардың бірі болып табылады. Ол әртүрлі салаларда, әсіресе құрал-жабдық және қалыптау өнеркәсібінде кеңінен қолданылды. Тісті дөңгелектерге керамикалық жабынды қолдануға әсер ететін негізгі себеп керамикалық жабын мен субстрат арасындағы байланыстыру мәселесі болып табылады. Тісті доңғалақтардың жұмыс жағдайлары мен әсер етуші факторлары құралдар мен қалыптарға қарағанда әлдеқайда күрделі болғандықтан, тісті беріліс бетін өңдеуге бір TiN жабынын қолдану өте шектеулі. Керамикалық жабын жоғары қаттылық, төмен үйкеліс коэффициенті және коррозияға төзімділік артықшылықтарына ие болғанымен, ол сынғыш және қалың жабынды алу қиын, сондықтан оның сипаттамаларын ойнау үшін жабынды қолдау үшін жоғары қаттылық пен жоғары беріктік субстрат қажет. Сондықтан керамикалық жабын көбінесе карбидті және жоғары жылдамдықты болат беті үшін қолданылады. Керамикалық материалмен салыстырғанда беріліс материалы жұмсақ, ал субстрат пен жабынның табиғаты арасындағы айырмашылық үлкен, сондықтан жабын мен субстраттың үйлесімі нашар және жабын жабынды ұстап тұру үшін жеткіліксіз, пайдалану процесінде жабынның құлап кетуін жеңілдетеді, керамикалық жабынның артықшылығын ойнай алмайды, сонымен қатар керамикалық жабын гебра бөлшектерінің түсу жылдамдығын арттырады. берілістің жоғалуы. Қазіргі шешім керамика мен субстрат арасындағы байланысты жақсарту үшін композициялық бетті өңдеу технологиясын пайдалану болып табылады. Композиттік бетті өңдеу технологиясы бір бетті өңдеу процесі арқылы қол жеткізуге болмайтын композиттік механикалық қасиеттерді алу үшін субстрат материалының бетін өзгерту үшін екі бөлек бетті/жер асты қабатын пайдалана отырып, физикалық бу тұндыру жабынының және бетті өңдеудің басқа процестерінің немесе жабындарының комбинациясын білдіреді. Ионды азоттау және PVD арқылы тұндырылған TiN композиттік жабыны ең көп зерттелген композиттік жабындардың бірі болып табылады. Плазманы азоттау субстраты мен TiN керамикалық композиттік жабыны берік байланысқа ие және тозуға төзімділік айтарлықтай жақсарды.

Тозуға төзімділігі мен пленка негізін біріктіретін TiN пленка қабатының оңтайлы қалыңдығы шамамен 3~4мкм құрайды. Егер пленка қабатының қалыңдығы 2 мкм-ден аз болса, тозуға төзімділік айтарлықтай жақсармайды. Егер пленка қабатының қалыңдығы 5 мкм-ден көп болса, пленка негізінің байланысы азаяды.

2、Көп қабатты, көп компонентті TiN жабыны

TiN жабындарын бірте-бірте және кеңінен қолдану арқылы TiN жабындарын жақсарту және жақсарту туралы көбірек зерттеулер бар. Соңғы жылдары Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3 және т.б. сияқты екілік TiN жабындары негізінде көп компонентті жабындар мен көп қабатты жабындар әзірленді. TiN жабындарына Al және Si сияқты элементтерді қосу арқылы тотығуға төзімділігі жоғары болуы мүмкін. жақсартылды, ал В сияқты элементтерді қосқанда жабындардың қаттылығы мен адгезиясының беріктігін жақсартады.

Көпкомпонентті композицияның күрделілігіне байланысты бұл зерттеуде көптеген қайшылықтар бар. (Tix,Cr1-x)N көп компонентті жабындарды зерттеуде зерттеу нәтижелерінде үлкен қарама-қайшылықтар бар. Кейбір адамдар (Tix,Cr1-x)N жабындары TiN негізінде жасалған және Cr тек TiN нүктелік матрицасындағы алмастырғыш қатты ерітінді түрінде болуы мүмкін деп санайды, бірақ жеке CrN фазасы ретінде емес. Басқа зерттеулер көрсеткендей, (Tix,Cr1-x)N жабындарындағы Ti атомдарын тікелей алмастыратын Cr атомдарының саны шектеулі, ал қалған Cr синглетті күйде болады немесе N-мен қосылыстар түзеді. Тәжірибе нәтижелері жабынға Cr қосу беттік бөлшектердің өлшемін азайтатынын және қаттылықты арттыратынын, ал жабынның қаттылығы C массасының ең жоғары мәніне жеткенде, бірақ C3% массасына жеткенде жабынның ішкі кернеуі де өзінің максималды мәніне жетеді.

3, Басқа жабын қабаты

Әдетте қолданылатын TiN жабындарынан басқа, тісті беріліс бетін нығайту үшін көптеген әртүрлі инженерлік керамика қолданылады.

(1)Ж. Тераучи және т.б. Жапонияда бу тұндыру әдісімен тұндырылған титан карбидінің немесе титан нитриді керамикалық берілістерінің үйкеліс тозуына төзімділігін зерттеді. Жабу алдында HV720 шамасында бет қаттылығына және 2,4 мкм бетінің кедір-бұдырлығына қол жеткізу үшін тісті дөңгелектер карбюрленген және жылтыратылған, ал керамикалық жабындар титан карбиді үшін химиялық бу тұндыру (CVD) және титан нитриді үшін физикалық бу тұндыру (PVD) арқылы дайындалған, керамикалық пленка қалыңдығы шамамен 2 мкм. Үйкеліс тозу қасиеттері сәйкесінше май және құрғақ үйкеліс болған жағдайда зерттелді. Керамикамен қапталғаннан кейін редуктордың өтпеу және сызатқа төзімділігі айтарлықтай жоғарылағаны анықталды.

(2) Химиялық жабынмен қапталған Ni-P және TiN композициялық жабыны Ni-P өтпелі қабат ретінде алдын ала жабу және одан кейін TiN тұндыру арқылы дайындалды. Зерттеу көрсеткендей, бұл композиттік жабынның бетінің қаттылығы белгілі бір дәрежеде жақсарды және жабын субстратпен жақсы байланысады және тозуға төзімді.

(3) WC/C, B4C жұқа пленка
М.Муракава және т.б., Жапония технологиялық институтының машина жасау бөлімі, PVD технологиясын тісті доңғалақтардың бетіне WC/C жұқа қабықшасын түсіру үшін пайдаланды және оның қызмет ету мерзімі майсыз майлау жағдайында қарапайым сөндірілген және ұнтақталған берілістерге қарағанда үш есе болды. Франц Дж және т.б. FEZ-A және FEZ-C тісті берілістерінің бетіне WC/C және B4C жұқа қабықшасын қою үшін PVD технологиясын қолданды, ал эксперимент PVD жабыны тісті доңғалақтың үйкелісін айтарлықтай төмендететінін, редукторды ыстық желімдеуге немесе желімдеуге бейім емес ететінін және тісті берілістің жүк көтеру қабілетін жақсартатынын көрсетті.

(4) CrN пленкалар
CrN қабықшалары TiN қабықшаларына ұқсас, өйткені олардың қаттылығы жоғары, ал CrN қабықшалары TiN-ге қарағанда жоғары температуралық тотығуға төзімді, коррозияға төзімділігі жоғары, TiN қабықшаларына қарағанда ішкі кернеуі төмен және салыстырмалы түрде қаттылығы жақсы. Chen Ling et HSS бетінде тамаша пленка негізіндегі байланысы бар тозуға төзімді TiAlCrN/CrN композиттік пленкасын дайындады, сонымен қатар көп қабатты пленканың дислокациялық қабаттасу теориясын ұсынды, егер екі қабат арасындағы дислокация энергиясының айырмашылығы үлкен болса, бір қабатта пайда болатын дислокация оның интерфейсін екінші қабатқа кесіп өту қиын болады, осылайша дислокацияның интерфейсін нығайтады. материал. Zhong Bin et азот құрамының CrNx қабықшаларының фазалық құрылымына және үйкеліс тозу қасиеттеріне әсерін зерттеді және зерттеу қабықшалардағы Cr2N (211) дифракция шыңы біртіндеп әлсірегенін және CrN (220) шыңы N2 бөлшектерінің ұлғаюымен бірте-бірте күшейетінін және бетіндегі қабықшалардың мөлшерінің азаюын көрсетті. тегіс болуға бейім болды. N2 аэрациясы 25 мл/мин болғанда (мақсат көзінің доға тогы 75 А, тұндырылған CrN қабықшасының бетінің сапасы жақсы, қаттылығы жақсы және N2 аэрациясы 25 мл/мин болғанда (мақсат көзінің доға тогы 75А, теріс қысым 100 В) тозуға төзімді.

(5) Өте қатты фильм
Өте қатты пленка - қаттылығы 40GPa-дан асатын, тамаша тозуға төзімділігі, жоғары температураға төзімділігі және төмен үйкеліс коэффициенті және төмен термиялық кеңею коэффициенті, негізінен аморфты алмаз пленкасы және CN пленкасы бар қатты пленка. Аморфты алмаз пленкаларының аморфты қасиеттері бар, ұзақ мерзімді реттелген құрылымы жоқ және құрамында СС тетраэдрлік байланыстардың көп саны бар, сондықтан оларды тетраэдрлік аморфты көміртекті қабықшалар деп те атайды. Аморфты көміртекті пленканың бір түрі ретінде алмас тәрізді жабын (DLC) алмазға ұқсас көптеген тамаша қасиеттерге ие, мысалы, жоғары жылу өткізгіштік, жоғары қаттылық, жоғары серпімділік модулі, жылу кеңеюінің төмен коэффициенті, жақсы химиялық тұрақтылық, жақсы тозуға төзімділік және төмен үйкеліс коэффициенті. Тісті беріліс беттеріне гауһар тәрізді пленкаларды жабу қызмет ету мерзімін 6 есе ұзартуға және шаршауға төзімділікті айтарлықтай жақсартуға болатыны көрсетілді. Аморфты көміртек-азот қабықшалары ретінде белгілі CN қабықшалары β-Si3N4 ковалентті қосылыстарға ұқсас кристалдық құрылымға ие және β-C3N4 ретінде де белгілі. Лю және Коэн және т.б. Бірінші табиғат принципінен псевдопотенциалды жолақ есептеулерін қолдана отырып, қатаң теориялық есептеулер жүргізді, β-C3N4 үлкен байланыс энергиясы бар, тұрақты механикалық құрылым, кем дегенде бір субтұрақты күй болуы мүмкін және оның серпімділік модулі жақсы қасиеттері бар алмаспен салыстыруға болатынын растады, ол материалдың қаттылығын тиімді төмендетеді және беріктігін тиімді төмендетеді.

(6) Басқа қорытпа тозуға төзімді жабын қабаты
Кейбір қорытпа тозуға төзімді жабындарды тісті берілістерге де қолдануға тырысты, мысалы, 45# болат тісті берілістердің тіс бетіндегі Ni-P-Co қорытпасының қабатын тұндыру - қызмет ету мерзімін 1,144 ~ 1,533 есеге дейін ұзартуға болатын ультра майда дәнді ұйымдастыруды алу үшін қорытпа қабаты. Сондай-ақ Cu-Cr-P легирленген шойын тістерінің беріктігін арттыру үшін оның тіс бетіне Cu металл қабаты және Ni-W легирленген жабын жағылатыны зерттелген; Ni-W және Ni-Co легірленген жабын HT250 шойын тісті берілісінің тіс бетіне жағылады, бұл тозуға төзімділігін қапталмаған редуктормен салыстырғанда 4-6 есе жақсарту.