Тишти каптоо технологиясы

PVD кенин иштетүү технологиясы көп жылдар бою жаңы беттик модификациялоо технологиясы катары колдонулуп келе жатат, өзгөчө вакуумдук иондук каптоо технологиясы, акыркы жылдарда чоң өнүгүүгө ээ болгон жана азыр куралдарды, калыптарды, поршень шакекчелерин, тиштүү механизмдерди жана башка компоненттерди дарылоодо кеңири колдонулат. Вакуумдук иондук каптоо технологиясы менен даярдалган капталган тиштүү дөңгөлөк сүрүлүү коэффициентин бир топ кыскарта алат, эскирүүгө каршы жана белгилүү бир антикоррозияны жакшыртат жана тиштүү бетти бекемдөө технологиясы жаатындагы изилдөөлөрдүн чордону жана ысык жери болуп калды.

тиштүү үчүн колдонулган жалпы материалдар, негизинен, согулган болот, чоюн болот, чоюн, түстүү металлдар (жез, алюминий) жана пластмасса болуп саналат. Болот негизинен 45 болот, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Төмөн көмүртектүү болот негизинен 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo колдонулат. Согулган болот жакшыраак иштеши үчүн тиштүү механизмдерде кеңири колдонулат, ал эми куюлган болот адатта диаметри > 400 мм жана татаал түзүлүштөгү тиштүү механизмдерди өндүрүү үчүн колдонулат. Чоюн тиштери клейге жана чуңкурга каршы туруштук берет, бирок таасири жана эскирүү туруктуулугунун жоктугу, негизинен, туруктуу иштөө үчүн, кубаттуулугу төмөн ылдамдыкта же чоң көлөмдө жана татаал формада эмес, майлоонун жоктугу шартында иштей алат, ачык өткөрүүгө ылайыктуу. Түстүү металлдар көбүнчө турбиналарды же тиштүү механизмдерди жасоодо колдонулган калай коло, алюминий-темир коло жана куюу алюминий эритмеси болуп саналат, бирок жылмыштыруу жана сүрүлүүгө каршы касиеттери начар, жеңил, орто жүк жана аз ылдамдыктагы тиштүү механизмдер үчүн гана. Металл эмес материалдык тиштүү механизмдер, негизинен, майсыз майлоо жана жогорку ишенимдүүлүк сыяктуу өзгөчө талаптары бар кээ бир тармактарда колдонулат. Турмуш-тиричилик техникасы, медициналык жабдуулар, тамак-аш машиналары жана текстиль машиналары сыяктуу төмөн булгануу сыяктуу шарттардын талаасы.

Тиштүү каптоо материалдары

Инженердик керамикалык материалдар жогорку күч жана катуулугу, өзгөчө мыкты жылуулук туруктуулугу, төмөн жылуулук өткөрүмдүүлүк жана жылуулук кеңейүү, жогорку эскирүү жана кычкылданууга каршылык менен өтө келечектүү материалдар болуп саналат. Көптөгөн изилдөөлөр керамикалык материалдар табиятынан ысыкка чыдамдуу жана металлдардын аз эскирүүсүн көрсөттү. Ошондуктан, эскирүүгө туруктуу бөлүктөр үчүн металл материалдардын ордуна керамикалык материалдарды колдонуу сүрүлүү суб өмүрүн жакшыртууга болот, жогорку температура жана жогорку эскирүүгө туруктуу материалдарды, көп иш жана башка катаал талаптарга кээ бир жооп бере алат. Азыркы учурда инженердик керамикалык материалдар кыймылдаткычтын ысыкка чыдамдуу тетиктерин, эскирүүчү бөлүктөрүндө механикалык трансмиссияны, коррозияга туруктуу бөлүктөрүндө химиялык жабдууларды жана герметикалык бөлүктөрдү өндүрүүдө колдонулуп, керамикалык материалдардын кеңири колдонулушун барган сайын көрсөтүп турат.

Германия, Япония, АКШ, Улуу Британия жана башка өнүккөн өлкөлөр инженердик керамикалык материалдарды иштеп чыгууга жана колдонууга чоң маани берип, инженердик керамикалык буюмдарды кайра иштетүү теориясын жана технологиясын өнүктүрүү үчүн көп акча жана жумушчу күчүн жумшашат. Германия "SFB442" деп аталган программаны ишке киргизди, анын максаты айлана-чөйрөгө жана адам организмине зыян келтирүүчү майлоочу чөйрөнү алмаштыруу үчүн тетиктердин бетинде ылайыктуу пленканы синтездөө үчүн PVD технологиясын колдонуу болуп саналат. кыйла жакшыртылган жана бетинде жайгаштырылган пленкалар экстремалдык басымдагы эскирүүгө каршы кошумчалардын функциясын толугу менен алмаштырууга мүмкүн болгон. Lugscheider жана башкалар, Аахен, Германиянын Техникалык University, DFG (GermanResearch Комиссиясы) каржылоосу менен, PVD технологиясын колдонуу менен 100Cr6 болоттон тиешелүү тасмаларды депозиттик кийин чарчоо каршылык олуттуу өсүшүн көрсөттү. атактуу Timken компаниясы ES200 тиштүү беттик пленкасы деген аталышты чыгарды; MAXIT тиштүү каптоо Германияда катталган Graphit-iC жана Dymon-iC соода маркалары менен Улуу Британияда да бар.

Механикалык трансмиссиянын маанилүү запастык бөлүгү катары тиштүү механизмдер өнөр жайда маанилүү роль ойнойт, ошондуктан керамикалык материалдарды тиштүү механизмдерге колдонууну изилдөө абдан маанилүү практикалык мааниге ээ. Азыркы учурда, тиштүү колдонулган инженердик керамика, негизинен, төмөнкүлөр болуп саналат.

1、TiN каптоо катмары
1、TiN

Ion каптоо TiN керамикалык катмары жогорку катуулугу, жогорку адгезия күчү, аз сүрүлүү коэффициенти, жакшы коррозияга туруктуулугу, жана башкалар менен абдан көп колдонулган бети өзгөртүлгөн жабуулардын бири болуп саналат. Ал көп түрдүү тармактарда, айрыкча, курал жана көк өнөр жайында колдонулган. Керамикалык жабууну тиштүү механизмдерге колдонууга таасир эткен негизги себеп керамикалык каптоо менен субстраттын ортосундагы байланыш көйгөйү. Тиштүү механизмдердин иштөө шарттары жана таасир этүүчү факторлору инструменттерге жана калыптарга караганда алда канча татаал болгондуктан, тиштүү механизмдердин бетине бир TiN каптоосун колдонуу абдан чектелген. Керамикалык каптоо жогорку катуулук, төмөн сүрүлүү коэффициенти жана коррозияга туруктуулук артыкчылыктарына ээ болсо да, ал морт жана жоон жабууну алуу кыйын, ошондуктан анын мүнөздөмөлөрүн аткаруу үчүн жабууну колдоо үчүн жогорку катуулук жана жогорку бекем субстрат керек. Ошондуктан, керамикалык каптоо негизинен карбид жана жогорку ылдамдыктагы болот бети үчүн колдонулат. Керамикалык материалга салыштырмалуу тиштүү материал жумшак, ал эми субстрат менен каптаманын табиятынын ортосундагы айырма чоң, ошондуктан каптоо менен субстраттын айкалышы начар жана каптама жабууну колдоо үчүн жетишсиз, колдонуу процессинде каптоо жеңил түшүп калат, керамикалык каптаманын артыкчылыктарын ойной албайт, бирок керамикалык каптоо гебра бөлүкчөлөрүнүн тездик менен түшүп кетишине алып келет. тиштүү жоготуу. Учурдагы чечим керамика жана субстрат ортосундагы байланышты жакшыртуу үчүн курама беттик тазалоо технологиясын колдонуу болуп саналат. Курамдуу беттик тазалоо технологиясы физикалык буу каптоо жана башка жер үстүндөгү тазалоо процесстеринин же каптоолордун айкалышын билдирет, бир беттик тазалоо процесси менен жетишүүгө мүмкүн болбогон курама механикалык касиеттерди алуу үчүн субстрат материалынын бетин өзгөртүү үчүн эки өзүнчө бетти/жер асты. Ион азоттоо жана PVD менен депонирленген TiN композиттик каптоо эң көп изилденген композиттик каптоолордун бири болуп саналат. Плазманы азоттоо субстраты жана TiN керамикалык композиттик каптоо күчтүү байланышка ээ жана эскирүү туруктуулугу кыйла жакшырды.

Мыкты эскирүүгө туруктуулугу жана пленка базасы менен байланышы бар TiN пленка катмарынын оптималдуу калыңдыгы болжол менен 3 ~ 4μm. пленка катмарынын калыңдыгы 2μm кем болсо, эскирүү каршылык олуттуу жакшыртылган эмес. Эгерде пленка катмарынын калыңдыгы 5μmден ашса, пленканын базалык байланышы азаят.

2、Көп катмарлуу, көп компоненттүү TiN каптоо

TiN каптоолорду акырындык менен жана кеңири жайылтуу менен, TiN каптоолорду жакшыртуу жана жакшыртуу боюнча изилдөөлөр барган сайын көбөйүүдө. Акыркы жылдары Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3 ж. жакшыртылган, ал эми В сыяктуу элементтерди кошуу каптоолордун катуулугун жана адгезия күчүн жакшыртат.

Көп компоненттүү композициянын татаалдыгына байланыштуу бул изилдөөдө көптөгөн карама-каршылыктар бар. (Tix,Cr1-x)N көп компоненттүү жабууларды изилдөөдө изилдөөнүн жыйынтыгында чоң талаш-тартыштар бар. Кээ бир адамдар (Tix,Cr1-x)N каптоолору TiN негизинде түзүлөт жана Cr TiN чекит матрицасында алмаштыруучу катуу эритме түрүндө гана болушу мүмкүн деп эсептешет, бирок өзүнчө CrN фазасы катары эмес. Башка изилдөөлөр көрсөткөндөй, (Tix,Cr1-x)N каптамаларындагы Ti атомдорун түздөн-түз алмаштырган Cr атомдорунун саны чектелүү, ал эми калган Cr синглет абалында бар же N менен кошулмаларды түзүшөт. Эксперименталдык натыйжалар көрсөткөндөй, каптамага Cr кошуу беттик бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн азайтып, катуулугун жогорулатат, ал эми каптаманын катуулугу эң жогорку мааниге жеткенде С3, бирок эң чоң пайызга жеткенде. каптоо ички стресс да максималдуу мааниге жетет.

3, Башка каптоо катмары

Көбүнчө колдонулган TiN каптоодон тышкары, тиштүү бетин бекемдөө үчүн көптөгөн ар кандай инженердик керамика колдонулат.

(1)Ж. Тераучи жана башкалар. Япониянын кызматкерлери титан карбидинин же титан нитридинин буулануу ыкмасы менен сакталган керамикалык тиштүү механизмдердин сүрүлүү эскирүүсүнө туруктуулугун изилдеген. Капталганга чейин HV720 бетинин катуулугуна жана 2,4 мкм беттик тегиздигине жетүү үчүн тиштүү механизмдер карбюризацияланган жана жылмаланган, ал эми керамикалык жабуулар титан карбиди үчүн химиялык буу коюу (CVD) жана титан нитриди үчүн физикалык буу коюу (PVD) жолу менен даярдалган, керамикалык пленканын калыңдыгы болжол менен 2 мкм. сүрүлүү эскирүү касиеттери, тиешелүүлүгүнө жараша, май жана кургак сүрүлүү катышуусу менен изилденген. Керамика менен капталгандан кийин тиштүү тетиктин өтүүгө жана чийилүүгө туруктуулугу бир кыйла жогорулаганы аныкталган.

(2) Химиялык капталган Ni-P жана TiN курама каптоо Ni-P өткөөл катмары катары алдын ала каптоо жана андан кийин TiN коюу жолу менен даярдалган. Изилдөө көрсөткөндөй, бул курама жабуунун беттик катуулугу белгилүү бир даражада жакшырды, ал эми каптоо субстрат менен жакшыраак биригет жана эскирүү туруктуулугуна ээ.

(3) WC/C, B4C жука пленкасы
М.Муракава жана башкалар, Япониянын технологиялык институтунун Машина куруу бөлүмү, PVD технологиясын тиштүү механизмдердин бетине WC/C жука пленкасын түшүрүү үчүн колдонушкан жана майсыз майлоо шарттарында анын иштөө мөөнөтү кадимки өчүрүлгөн жана майдаланган тиштүү механизмдерге караганда үч эсе көп болгон. Франц Дж жана башкалар. PVD технологиясын FEZ-A жана FEZ-C тиштеринин бетине WC/C жана B4C жука пленкасын салуу үчүн колдонду жана эксперимент PVD каптоо тиштүү сүрүлүүнү бир топ азайтканын, тиштүү жабдыкты ысык жабыштырууга же жабыштырууга азыраак сезгич кылып, тиштүү механизмдин жүк көтөрүү жөндөмдүүлүгүн жакшыртканын көрсөттү.

(4) CrN тасмалары
CrN пленкалары TiN пленкаларына окшош, анткени алардын катуулугу жогору, ал эми CrN пленкасы TiNге караганда жогорку температурадагы кычкылданууга туруктуураак, TiN пленкаларына караганда коррозияга жакшыраак, ички стресс азыраак жана салыштырмалуу жакшыраак. Чен Линг жана HSS бетинде эң сонун пленка негизиндеги бириккен TiAlCrN/CrN композиттик плёнкасын даярдашкан, ошондой эле көп катмарлуу пленканын дислокациялык стектөө теориясын сунуш кылган, эгерде эки катмардын ортосундагы дислокация энергиясынын айырмасы чоң болсо, бир катмарда пайда болгон дислокация анын интерфейсин экинчи катмарга кесип өтүү кыйынга турат, ошентип дислокация ролун ойнойт жана дислокацияны бекемдейт. материал. Zhong Bin et азоттун мазмунунун CrNx пленкаларынын фазалык түзүлүшүнө жана сүрүлмөлүү эскирүү касиеттерине тийгизген таасирин изилдеп, изилдөө тасмалардагы Cr2N (211) дифракциялык чокусу акырындык менен алсырап, CrN (220) чокусу N2 бөлүкчөлөрүнүн көбөйүшү менен акырындык менен көбөйгөнүн көрсөттү. тегиз болууга умтулган. N2 аэрациясы 25 мл/мин болгондо (максаттуу булак жаасынын агымы 75 А болгон, депонирленген CrN пленкасы жакшы беттик сапатка, жакшы катуулукка жана N2 аэрациясы 25мл/мин болгондо (максаттуу булак жаасынын агымы 75А, терс басым 100V) жакшы беттик сапатка ээ.

(5) Супер катуу тасма
Superhard пленкасы - катуулугу 40GPa ашкан катуу пленка, эң сонун эскирүүгө туруктуулугу, жогорку температурага туруктуулугу жана төмөн сүрүлүү коэффициенти жана төмөнкү жылуулук кеңейүү коэффициенти, негизинен аморфтук алмаз пленкасы жана CN пленкасы. Аморфтук алмаз пленкаларынын аморфтук касиеттери бар, узак аралыктагы иреттүү структурасы жок жана көп сандагы CC тетраэдрдик байланыштары бар, ошондуктан алар тетраэдрдик аморфтук көмүртек пленкасы деп да аталат. Аморфтук көмүртек пленкасынын бир түрү катары алмаз сымал каптоо (DLC) алмазга окшош көптөгөн сонун касиеттерге ээ, мисалы, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүк, жогорку катуулук, жогорку ийкемдүүлүк модулу, жылуулук кеңейүү коэффициенти, жакшы химиялык туруктуулук, жакшы эскирүүгө каршылык жана төмөн сүрүлүү коэффициенти. Бриллиант сымал пленкаларды тиштүү механизмдердин беттерине каптоо кызмат мөөнөтүн 6 эсеге узарта ала тургандыгы жана чарчоого туруктуулугун бир топ жакшырта ала тургандыгы далилденген. CN тасмалары, ошондой эле аморфтук көмүртек-азот пленкалар деп аталат, β-Si3N4 коваленттик кошулмаларга окшош кристаллдык түзүлүшкө ээ жана ошондой эле β-C3N4 катары белгилүү. Лю жана Коэн жана башкалар. биринчи табият принцибинен псевдопотенциалдык тилке эсептөөлөрүн колдонуу менен катуу теориялык эсептөөлөрдү жүргүздү, β-C3N4 чоң байланыш энергиясы, туруктуу механикалык түзүлүшкө ээ, жок дегенде бир суб-туруктуу абал болушу мүмкүн жана анын ийкемдүү модулу алмаз менен салыштырылат, жакшы касиеттерге ээ, бул материалдын катуулугун жана эффективдүү каршылыгын төмөндөтөт.

(6) Башка эритмеси эскирүүгө туруктуу каптоо катмары
Кээ бир эритме эскирүүгө туруктуу жабууларды тиштүү механизмдерге колдонууга аракет кылынган, мисалы, 45 # болот тиштүү механизмдердин тиш бетине Ni-P-Co эритме катмарынын чөктүрүлүшү өтө майда дан уюштурууну алуу үчүн эритме катмары болуп саналат, ал өмүрдү 1,144 ~ 1,533 эсеге чейин узарта алат. Ошондой эле Cu металл катмары жана Ni-W эритме каптоо анын бекемдигин жакшыртуу үчүн Cu-Cr-P эритмесин чоюн тиштүү тиш бетине колдонулат деп изилденген; Ni-W жана Ni-Co эритмесинин каптоо HT250 чоюн тиштүү тиш бетине колдонулат, капталбаган тиштүү салыштырганда 4 ~ 6 эсеге эскирүү туруктуулугун жогорулатуу.