Technologia depositionis PVD iam multis annis ut nova technologia modificationis superficiei in usu est, praesertim technologia obductionis ionum vacuorum, quae magnum progressum annis proximis consecuta est et nunc late in tractatione instrumentorum, formarum, anulorum pistonum, rotorum dentatorum et aliorum partium adhibetur. Rotae dentatae obductae, technologia obductionis ionum vacuorum praeparatae, coefficientem frictionis significanter reducere, proprietates anti-attritionis et certas anticorrosionis augere possunt, et focus et locus calidus investigationis in campo technologiae roborationis superficiei rotorum dentatorum factae sunt.
Materiae communes ad rotas dentatas fabricandas adhibentur praecipue chalybs fusus, chalybs fusus, ferrum fusum, metalla non-ferrea (cuprum, aluminium) et plastica. Chalybs praecipue est chalybs 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Chalybs humilis carbonis praecipue adhibetur 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. Chalybs fusus latius in rotis dentatis adhibetur propter meliorem efficaciam, dum chalybs fusus plerumque ad rotas dentatas diametro maiori quam 400mm et structura complexa fabricandas adhibetur. Rotae dentatae ferreae fusae resistunt glutini et foveis, sed carent resistentia ad ictum et detritionem, praesertim ad opus stabile, potentia non tarda vel magna magnitudine et forma complexa, possunt operari sub condicione carentiae lubricationis, aptae transmissioni apertae. Metalla non-ferrea vulgo adhibita sunt aes stanneum, aes aluminii-ferri, et mixtura aluminii fusa, quae in fabricatione turbinarum vel rotarum dentatarum vulgo adhibentur, sed proprietates labendi et anti-frictionis malae sunt, tantum in rotis dentatis levibus, mediis oneribus, et lento celeritate. Rotae dentatae ex materiis non-metallicis praecipue in quibusdam campis cum requisitis specialibus, ut lubricatione sine oleo et alta firmitate, adhibentur, sed etiam in campis ubi condiciones pollutionis parvae sunt, ut in apparatibus domesticis, apparatu medico, machinis cibariis, et machinis textilibus.
Materiae ad tegumentum rotarum dentatarum
Materiae ceramicae machinales sunt materiae promittentes magnam vim et duritiam praeditae, praesertim excellenti resistentia caloris, parva conductivitate thermali et expansione thermali, magna resistentia attritionis et resistentia oxidationis. Multi studii demonstraverunt materias ceramicas natura sua resistere calori et parvam attritionem in metallis pati. Ergo, usus materiarum ceramicarum loco materiarum metallicarum in partibus attritioni resistentibus potest vitam substratorum frictionis emendare, nonnullis materiis altae temperaturae et altae resistentiae attritioni satisfacere, multi-functionis aliisque requisitis difficilibus satisfacere. Hodie, materiae ceramicae machinales in fabricatione partium resistentium caloris machinarum, partium attritionis transmissionis mechanicae, partium resistentium apparatuum chemicorum et partium obturantium adhibitae sunt, crescente modo latam applicationem materiarum ceramicarum ostendentes.
Civitates progressae, ut Germania, Iaponia, Civitates Foederatae Americae, Regnum Unitum, aliaeque civitates, magnum momentum tribuunt evolutioni et applicationi materiarum ceramicarum artificiosarum, multum pecuniae et virium collocantes ad theoriam processus et technologiam ceramicarum artificiosarum evolvendam. Germania programma nomine "SFB442" incepit, cuius propositum est technologia PVD adhibere ad pelliculam idoneam in superficie partium synthesim faciendam, quae medium lubricans potentialiter noxium ambitui et corpori humano substituat. PW Gold et alii in Germania pecunia ex SFB442 adhibuerunt ad technologiam PVD adhibendam ad pelliculas tenues in superficie fulcrorum volventium deponendas et invenerunt efficaciam anti-attritionis fulcrorum volventium significanter emendatam esse et pelliculas in superficie depositas functionem additivorum anti-attritionis pressionis extremae omnino substituere posse. Joachim, Franz et al. in Germania technologiam PVD adhibuerunt ad pelliculas WC/C praeparandas, proprietates anti-lassitudinis excellentes demonstrantes, superiores quam lubricantium additiva EP continentium, quod resultat similiter facultatem additiva noxia cum tunicis substituendi praebet. E. Lugscheider et al. Instituti Scientiae Materialium, Universitatis Technicae Aquisgrani, Germaniae, pecunia a DFG (Commissione Investigationis Germanica) data, significantem augmentum resistentiae lassitudinis demonstraverunt post depositionem pellicularum idonearum in chalybe 100Cr6 utens technologia PVD. Praeterea, General Motors Civitatum Foederatarum Americae coepit... Pellicula depositionis superficiei dentatae autocineti generis VolvoS80Turbo ad resistentiam lassitudinis et corrosionis augendam; clara societas Timken nomen pelliculae superficiei dentatae ES200 protulit; nota mercatoria MAXIT, stratum dentatum, in Germania apparuit; notae mercatoriae Graphit-iC et Dymon-iC respective, strata dentata, cum notis mercatoriis Graphit-iC et Dymon-iC, etiam in Regno Unito praesto sunt.
Rotae dentatae, ut partes magni momenti transmissionis mechanicae, partes magnas in industria agunt, itaque applicationem materiarum ceramicarum in rotis dentatis studere magni momenti est in usu practico. Hodie, ceramicae machinales ad rotas dentatas adhibentur praecipue hae sunt.
1. Stratum tegumenti TiN
1、TiN
Stratum ceramicum TiN e ionibus obductum inter obdumenta superficialia modificata latissime adhibita numeratur, cum magna duritie, magna vi adhaesionis, coefficiente frictionis humili, bona resistentia corrosionis, et cetera. Late in variis campis adhibitum est, praesertim in industria instrumentorum et formarum. Causa principalis applicationem obductionis ceramicae in rotis dentatis afficiens est problema nexus inter obductionem ceramicam et substratum. Cum condiciones laboris et factores influentes rotorum dentatorum multo implicatiores sint quam instrumentorum et formarum, applicatio unius obductionis TiN in curatione superficiei rotorum dentatorum valde restringitur. Quamquam obductio ceramica commoda habet magnae duritiei, coefficientis frictionis humilis, et resistentiae corrosionis, fragilis est et difficile est obductionem crassiorem obtinere, itaque substratum magnae duritiei et magnae firmitatis requirit ad obductionem sustentandam ut suas proprietates impleat. Ergo obductio ceramica plerumque ad superficies carburi et chalybis celeris adhibetur. Materia rotarum dentatarum mollis est comparata cum materia ceramica, et discrimen inter naturam substrati et obductionem magnum est, itaque combinatio obductionis et substrati mala est, et obductio non sufficit ad obductionem sustinendam, quo facilius obductio in usu decidit; non solum commoda obductionis ceramicae non experiri potest, sed particulae obductionis ceramicae quae decidunt detritionem abrasivam in rota dentata causabunt, detritionem dentae accelerantes. Solutio hodierna est technologiam tractationis superficiei compositae adhibere ad nexum inter ceramicam et substratum emendandum. Technologia tractationis superficiei compositae significat combinationem obductionis depositionis vaporis physici et aliorum processuum vel obductionum tractationis superficiei, duabus superficiebus/subsuperficiibus separatis utendo ad superficiem materiae substrati modificandam ad proprietates mechanicas compositas obtinendas quae uno processu tractationis superficiei obtineri non possunt. Obductio composita TiN per nitridationem ionicam et PVD deposita est una ex obductionibus compositis maxime investigatis. Substratum nitridationis plasmatis et obductio composita ceramica TiN nexum firmum habent et resistentia detritionis significanter augetur.
Crassitudo optima pelliculae TiN cum optima resistentia attritionis et copulatione basis pelliculae est circiter 3~4 μm. Si crassitudo pelliculae minor est quam 2 μm, resistentia attritionis non significanter augebitur. Si crassitudo pelliculae maior est quam 5 μm, copulatio basis pelliculae minuetur.
2. Obductio TiN multistrata et multicomponentis.
Cum paulatim et late patenter TiN obductionum adhibeatur, plures investigationes fiunt de modis emendandi et amplificandi obductiones TiN. Recentibus annis, obductiones multicomponentes et multistratae elaboratae sunt, fundatae in obductionibus TiN binariis, ut Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, etc. Addendo elementa ut Al et Si ad obductiones TiN, resistentia oxidationis altae temperaturae et durities obductionum augeri possunt, dum addita elementa ut B duritiem et adhaesionem obductionum augere possunt.
Ob complexitatem compositionis multicomponentis, multae controversiae in hoc studio exstant. In studio obductionum multicomponentium (Tix,Cr1-x)N, magna controversia in eventibus investigationis exstat. Quidam credunt obductiones (Tix,Cr1-x)N in TiN fundari, et Cr tantum in forma solutionis solidae substitutivae in matrice punctata TiN existere posse, non autem ut phasis CrN separata. Alia studia ostendunt numerum atomorum Cr atomos Ti directe substituentium in obductionibus (Tix,Cr1-x)N limitatum esse, et Cr reliquum in statu singulari existere vel composita cum N formare. Eventus experimentales ostendunt additionem Cr ad obductionem magnitudinem particularum superficialium reducere et duritiem augere, et duritiem obductionis valorem maximum attingere cum percentatio massae Cr 3l% attingit, sed tensio interna obductionis etiam valorem maximum attingit.
3. Stratum alterum tegumenti
Praeter tegumenta TiN vulgo adhibita, multae variae ceramicae machinales ad superficies dentatas firmandas adhibentur.
(1) Y. Terauchi et al. Iapones resistentiam attritionis frictionalis rotarum dentatarum ceramicarum e titanio carburo vel titanio nitruro, methodo depositionis vaporis depositarum, investigaverunt. Rotae dentatae carburatae et politae sunt ut duritia superficialis circiter HV720 et asperitas superficialis 2.4 μm ante obductionem obtinerentur, et obductiones ceramicae per depositionem chemicam vaporis (CVD) pro titanio carburo et per depositionem physicam vaporis (PVD) pro titanio nitruro praeparatae sunt, crassitudine pelliculae ceramicae circiter 2 μm. Proprietates attritionis frictionalis in praesentia olei et frictionis siccae respective investigatae sunt. Inventum est resistentiam attritionis et resistentiam scalpturae morsae rotarum dentatarum post obductionem ceramicam substantialiter auctas esse.
(2) Tegumentum compositum e Ni-P et TiN chemice obductis praeparatum est prae-tegumento Ni-P ut strato transitionis et deinde depositione TiN. Studium demonstrat duritiem superficialem huius tegumenti compositi quodammodo auctam esse, et tegumentum melius cum substrato cohaerere et meliorem resistentiam attritioni habere.
(3) Pellicula tenuis WC/C, B4C
M. Murakawa et al., ex Departamento Ingeniariae Mechanicae, Instituto Technologiae Iaponicae, technologia PVD adhibuerunt ad deponendum tenuem pelliculam WC/C in superficiebus rotarum dentatarum, et eius vita utilis triplo maior erat quam rotarum dentatarum ordinariarum, quae et refrigeratae et politae erant, sub condicionibus lubricationis sine oleo. Franz J et al. technologia PVD adhibuerunt ad deponendum tenuem pelliculam WC/C et B4C in superficiebus rotarum dentatarum FEZ-A et FEZ-C, et experimentum demonstravit obductionem PVD frictionem rotarum dentatarum significanter minuisse, rotam dentatam minus obnoxiam glutino calido vel glutino reddidisse, et capacitatem oneris ferendi rotae dentatae auxisse.
(4) Pelliculae CrN
Membranae CrN similes membranis TiN sunt, quod maiorem duritiam habent, et membranae CrN oxidationi altae temperaturae magis resistunt quam TiN, meliorem resistentiam corrosionis, minorem tensionem internam quam membranae TiN, et tenacitatem relative meliorem habent. Chen Ling et al. membranā composita TiAlCrN/CrN attritioni resistenti cum excellenti nexu pelliculari in superficie HSS paraverunt, et etiam theoriam accumulationis dislocationum pelliculae multistratae proposuerunt: si differentia energiae dislocationum inter duo strata magna est, dislocatio in uno strato occurrens difficile erit interfaciem suam in alterum stratum transire, ita accumulationem dislocationum in interfacie formans et munus roborandi materiam agens. Zhong Bin et al. effectum contenti nitrogenii in structuram phasium et proprietates attritionis frictionalis pellicularum CrNx investigaverunt, et studium demonstravit apicem diffractionis Cr2N (211) in pelliculis gradatim debilitatum esse et apicem CrN (220) gradatim auctum esse cum incremento contenti N2, magnas particulas in superficie pelliculae gradatim minui et superficiem ad planam tendentem esse. Cum aeratio N2 25 ml/min esset (cursus arcus fontis destinatus 75 A erat), pellicula CrN deposita bonam qualitatem superficialem, bonam duritiem et excellentem resistentiam attritionis habet cum aeratio N2 25 ml/min est (cursus arcus fontis destinatus 75 A est, pressio negativa 100 V est).
(5) Pellicula superdura
Pellicula superdura est pellicula solida cum duritia maiore quam 40GPa, excellenti resistentia attritionis, resistentia altae temperaturae, et coefficiente frictionis et expansionis thermalis humili, praesertim pellicula adamantina amorpha et pellicula CN. Pelliculae adamantinae amorphae proprietates amorphas habent, nullam structuram ordinatam longi temporis, et magnum numerum vinculorum tetrahedralium CC continent, ita etiam pelliculae carbonis tetrahedrales amorphae appellantur. Ut genus pelliculae carbonis amorphae, obductio adamantina (DLC) multas proprietates excellentes similes adamantinae habet, ut conductivitatem thermalem altam, duritiam altam, modulum elasticitatis altum, coefficientem expansionis thermalis humilem, bonam stabilitatem chemicam, bonam resistentiam attritionis et coefficientem frictionis humilem. Demonstratum est obductionem pellicularum adamantinarum in superficiebus rotarum dentatarum posse vitam utilem sextuplo extendere et resistentiam lassitudinis significanter augere. Pelliculae CN, etiam pelliculae carbonis-nitrogenii amorphae appellatae, structuram crystallinam similem compositorum covalentium β-Si3N4 habent et etiam β-C3N4 notae sunt. Liu et Cohen et al. Rigurosas computationes theoreticas, utens computationibus fasciarum pseudopotentialium ex principio naturae primae, confirmaverunt β-C3N4 habere magnam energiam ligationis, structuram mechanicam stabilem, saltem unum statum sub-stabilem exstare posse, et modulum elasticitatis eius comparabilem esse cum adamante, cum bonis proprietatibus, quae efficaciter augere possunt duritiem superficialem et resistentiam attritionis materiae et reducere coefficientem frictionis.
(6) Stratum tegumenti alterius mixturae metallorum resistenti attritui
Quaedam tegumenta e mixtura metallorum resistentia detritioni etiam temptata sunt ad rotas dentatas applicanda; exempli gratia, stratum mixturae Ni-P-Co depositum in superficie dentis rotarum dentatarum chalybis 45# stratum mixturae est ad ordinationem granorum subtilissimam obtinendam, quae vitam usque ad 1.144~1.533 vicibus extendere potest. Etiam investigatum est stratum metalli Cu et tegumentum mixturae Ni-W superficiei dentis rotae dentatae ferreae fusae Cu-Cr-P applicari ad eius robur augendum; tegumenta e mixtura Ni-W et Ni-Co superficiei dentis rotae dentatae ferreae fusae HT250 applicari ad resistentiam detritioni 4~6 vicibus comparate cum rota non obducta augendam.
Tempus publicationis: VII Kalendas Decembres, anno MMXXII