Technologie vun der Getriebebeschichtung

D'PVD-Oflagerungstechnologie gëtt zënter ville Joren als nei Uewerflächenmodifikatiounstechnologie praktizéiert, besonnesch d'Vakuum-Ionen-Beschichtungstechnologie, déi an de leschte Jore grouss Entwécklungen erlieft huet a elo wäit verbreet an der Behandlung vun Tools, Formen, Kolbenréng, Zännrieder an aner Komponenten agesat gëtt. Déi beschichtet Zännrieder, déi mat der Vakuum-Ionen-Beschichtungstechnologie virbereet ginn, kënnen de Reibungskoeffizient däitlech reduzéieren, d'Verschleissschutz a gewësse Korrosiounsschutz verbesseren an sinn zum Fokus a Schwéierpunkt vun der Fuerschung am Beräich vun der Technologie fir d'Uewerflächenverstäerkung vun Zännrieder ginn.

Déi üblech Materialien, déi fir Zännrieder benotzt ginn, sinn haaptsächlech geschmiedte Stol, Gossstol, Goss, Nichteisenmetaller (Koffer, Aluminium) a Plastik. Stol besteet haaptsächlech aus 45 Stol, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Kuelestoffarme Stol gëtt haaptsächlech an 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo benotzt. Geschmiedte Stol gëtt wéinst senger besserer Leeschtung méi wäit a Zännrieder benotzt, während Gossstol normalerweis fir d'Produktioun vu Zännrieder mat engem Duerchmiesser vun > 400 mm a komplexer Struktur benotzt gëtt. Goss-Zännrieder si resistent géint Klebstoff a Gruef, awer hunn net genuch Schlag- a Verschleißbeständegkeet, wat haaptsächlech fir stabil Aarbecht, niddreg Geschwindegkeet oder grouss Gréisst a komplex Formen gëeegent ass, a kann och bei feelender Schmierung funktionéieren an ass dofir gëeegent fir oppent Getrieber. Net-Eisenmetaller, déi dacks benotzt ginn, sinn Zinnbronze, Aluminium-Eisenbronze a Gossaluminiumlegierungen, déi dacks bei der Fabrikatioun vun Turbinnen oder Zännrieder benotzt ginn, awer d'Gleit- an d'Reibungseigenschaften si schlecht, nëmme fir liicht, mëttel Belaaschtungs- a lues Geschwindegkeetszännrieder. Net-metallesch Materialzännrieder ginn haaptsächlech a verschiddene Beräicher mat spezielle Fuerderungen agesat, wéi z. B. uelegfräi Schmierung an héich Zouverlässegkeet. A Beräicher mat gerénger Verschmotzung, wéi Haushaltsapparater, medizinesch Ausrüstung, Liewensmëttelmaschinnen an Textilmaschinnen.

Material fir d'Beschichtung vu Getriebe

Ingenieurskeramikmaterialien si ganz villverspriechend Materialien mat héijer Festigkeit an Häert, besonnesch exzellenter Hëtztbeständegkeet, gerénger Wärmeleitfäegkeet an thermescher Ausdehnung, héijer Verschleißbeständegkeet an Oxidatiounsbeständegkeet. Eng grouss Zuel vu Studien huet gewisen, datt Keramikmaterialien inherent hëtzebeständeg sinn a wéineg Verschleiung op Metaller hunn. Dofir kann d'Benotzung vu Keramikmaterialien amplaz vu Metallmaterialien fir verschleißbeständeg Deeler d'Liewensdauer vum Reibungsdeel verbesseren, e puer vun den Héichtemperatur- a Verschleißbeständegkeetsmaterialien erfëllen, multifunktionell an aner usprochsvoll Ufuerderungen. Am Moment gi Ingenieurskeramikmaterialien an der Fabrikatioun vun hëtzebeständegen Deeler fir Motoren, mechaneschen Iwwerdroungsdeeler a Verschleißdeeler, korrosiounsbeständegen Deeler fir chemesch Ausrüstung a korrosiounsbeständegen Deeler an Dichtungsdeeler benotzt, wat ëmmer méi déi breet Uwendungsperspektive vu Keramikmaterialien weist.

Entwéckelt Länner wéi Däitschland, Japan, d'USA, Groussbritannien an aner Länner leeë grousse Wäert op d'Entwécklung an d'Uwendung vun Ingenieurskeramikmaterialien a investéiere vill Suen a Personal fir d'Veraarbechtungstheorie an d'Technologie vun der Ingenieurskeramik z'entwéckelen. Däitschland huet e Programm mam Numm "SFB442" gestart, deem säin Zweck et ass, PVD-Technologie ze benotzen, fir e passenden Film op der Uewerfläch vun den Deeler ze synthetiséieren, fir dat potenziell schiedlecht Schmiermëttel fir d'Ëmwelt an de mënschleche Kierper z'ersetzen. PW Gold an anerer an Däitschland hunn d'Finanzéierung vum SFB442 benotzt, fir PVD-Technologie anzewenden, fir dënn Filmer op der Uewerfläch vu Rolllager ofzesetzen, a festgestallt, datt d'Verschleissschutzleistung vu Rolllager däitlech verbessert gouf an d'Filmer, déi op der Uewerfläch ofgesat goufen, d'Funktioun vun Extremdrock-Verschleissschutzadditive komplett ersetzen konnten. Joachim, Franz et al. an Däitschland hunn PVD-Technologie benotzt, fir WC/C-Filmer ze preparéieren, déi exzellent Anti-Middegkeetseigenschaften opweisen, déi méi héich sinn wéi déi vu Schmiermëttel, déi EP-Additive enthalen, e Resultat, dat ähnlech d'Méiglechkeet bitt, schiedlech Additive duerch Beschichtungen z'ersetzen. E. Lugscheider et al. vum Institut fir Materialwëssenschaft vun der Technescher Universitéit Oochen, Däitschland, hunn mat Finanzéierung vun der DFG (GermanResearch Commission) eng bedeitend Erhéijung vun der Middegkeetsbeständegkeet noweisen, nodeems entspriechend Filmer op 100Cr6-Stol mat PVD-Technologie ofgesat goufen. Zousätzlech huet den US-amerikanesche General Motors ugefaangen, seng ... Volvo S80Turbo Autosgetriebe-Uewerflächenoflagerungsfolie fir d'Resistenz géint Middegkeetsgräifen ze verbesseren; déi bekannt Firma Timken huet den Numm ES200 Getriebe-Uewerflächenfolie lancéiert; déi registréiert Mark MAXIT Getriebebeschichtung ass an Däitschland opgetaucht; registréiert Marken Graphit-iC respektiv Dymon-iC Getriebebeschichtunge mat den registréierte Marken Graphit-iC respektiv Dymon-iC sinn och a Groussbritannien verfügbar.

Als wichteg Ersatzdeeler vu mechanesche Getrieber spillen Zännrieder eng wichteg Roll an der Industrie, dofir ass et vu ganz wichteger praktescher Bedeitung, d'Uwendung vu Keramikmaterialien op Zännrieder ze studéieren. Am Moment sinn déi technesch Keramikmaterialien, déi op Zännrieder ugewannt ginn, haaptsächlech déi folgend.

1. TiN-Beschichtungsschicht
1. TiN

Ionenbeschichtung TiN-Keramikschicht ass eng vun de meescht verbreeten Uewerflächenmodifizéierten Beschichtungen mat héijer Häert, héijer Haftungsstäerkt, nidderegem Reibungskoeffizient, gudder Korrosiounsbeständegkeet, etc. Si gëtt wäit verbreet a verschiddene Beräicher benotzt, besonnesch an der Werkzeug- a Formenindustrie. De Grond, deen d'Applikatioun vu Keramikbeschichtungen op Zännrieder beaflosst, ass d'Bindungsproblem tëscht der Keramikbeschichtung an dem Substrat. Well d'Aarbechtsbedingungen an d'Aflossfaktoren vun Zännrieder vill méi komplizéiert sinn wéi déi vun Werkzeug a Formen, ass d'Applikatioun vun enger eenzeger TiN-Beschichtung op d'Uewerflächenbehandlung vun Zännrieder staark limitéiert. Obwuel d'Keramikbeschichtung d'Virdeeler vun héijer Häert, nidderegem Reibungskoeffizient a Korrosiounsbeständegkeet huet, ass se brécheg an et ass schwéier eng méi déck Beschichtung ze kréien, dofir brauch se e Substrat mat héijer Häert an héijer Stäerkt fir d'Beschichtung z'ënnerstëtzen, fir seng Eegeschafte vollzespillen. Dofir gëtt Keramikbeschichtung meeschtens fir Hartmetall- a Schnellstoluewerflächen benotzt. D'Material vum Zännrad ass am Verglach zum Keramikmaterial mëll, an den Ënnerscheed tëscht der Natur vum Substrat an der Beschichtung ass grouss, sou datt d'Kombinatioun vun der Beschichtung an dem Substrat schlecht ass, an d'Beschichtung net genuch ass fir d'Beschichtung z'ënnerstëtzen, wouduerch d'Beschichtung beim Gebrauch einfach offällt. Net nëmmen kann een d'Virdeeler vun der Keramikbeschichtung net ausnotzen, mee d'Keramikbeschichtungspartikelen, déi offalen, verursaachen och abrasive Verschleiss um Zännrad, wat de Verschleissverloscht vum Zännrad beschleunegt. Déi aktuell Léisung ass d'Benotzung vun der Komposit-Uewerflächenbehandlungstechnologie fir d'Verbindung tëscht der Keramik an dem Substrat ze verbesseren. D'Komposit-Uewerflächenbehandlungstechnologie bezitt sech op d'Kombinatioun vu physikalescher Dampfoflagerungsbeschichtung an anere Uewerflächenbehandlungsprozesser oder Beschichtungen, andeems zwou separat Uewerflächen/Ënnerflächen benotzt ginn, fir d'Uewerfläch vum Substratmaterial ze modifizéieren, fir mechanesch Eegeschafte vum Komposit ze kréien, déi net mat engem eenzege Uewerflächenbehandlungsprozess erreecht kënne ginn. TiN-Kompositbeschichtung, déi duerch Ionennitréierung a PVD ofgesat gëtt, ass eng vun de meescht erfuerschte Kompositbeschichtungen. De Plasma-Nitréierungssubstrat an d'TiN-Keramik-Kompositbeschichtung hunn eng staark Verbindung an d'Verschleissbeständegkeet ass däitlech verbessert.

Déi optimal Déckt vun enger TiN-Folieschicht mat exzellenter Verschleißbeständegkeet a Filmbasisverbindung ass ongeféier 3~4μm. Wann d'Déckt vun der Filmschicht manner wéi 2μm ass, gëtt d'Verschleißbeständegkeet net wesentlech verbessert. Wann d'Déckt vun der Filmschicht méi wéi 5μm ass, gëtt d'Foliebasisverbindung reduzéiert.

2. Méischichteg, méikomponenteg TiN-Beschichtung

Mat der gradueller an verbreeter Uwendung vun TiN-Beschichtunge gëtt et ëmmer méi Fuerschung iwwer d'Verbesserung a Verbessering vun TiN-Beschichtunge. An de leschte Jore goufen Multikomponent- a Multischichtbeschichtunge baséiert op binäre TiN-Beschichtunge wéi Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, etc. entwéckelt. Duerch d'Zousätzlech vun Elementer wéi Al a Si zu TiN-Beschichtunge kann d'Resistenz géint Héichtemperaturoxidatioun an d'Häert vun de Beschichtunge verbessert ginn, während d'Zousätzlech vun Elementer wéi B d'Häert an d'Adhäsiounsstäerkt vun de Beschichtunge verbesseren kann.

Wéinst der Komplexitéit vun der Multikomponentzesummesetzung gëtt et vill Kontroversen an dëser Studie. An der Studie vun (Tix,Cr1-x)N Multikomponentbeschichtungen gëtt et eng grouss Kontrovers an de Fuerschungsresultater. Verschidde Leit gleewen, datt (Tix,Cr1-x)N Beschichtungen op TiN baséieren, a Cr kann nëmmen a Form vun enger Ersatz-Festléisung an der TiN-Punktmatrix existéieren, awer net als separat CrN-Phase. Aner Studien weisen, datt d'Zuel vun de Cr-Atomer, déi direkt Ti-Atomer an (Tix,Cr1-x)N Beschichtungen ersetzen, limitéiert ass, an de verbleiwene Cr existéiert am Singlet-Zoustand oder bildt Verbindungen mat N. Déi experimentell Resultater weisen, datt d'Zousätzlech vu Cr zu der Beschichtung d'Uewerflächenpartikelgréisst reduzéiert an d'Häert erhéicht, an d'Häert vun der Beschichtung erreecht hiren héchste Wäert wann de Masseprozentsaz vu Cr 3l% erreecht, awer d'intern Spannung vun der Beschichtung erreecht och hire maximale Wäert.

3. Aner Beschichtungsschicht

Nieft den üblechen TiN-Beschichtungen ginn och vill verschidden Ingenieurskeramik fir d'Verstäerkung vun den Zännriederuewerflächen benotzt.

(1) Den Y. Terauchi et al. aus Japan hunn d'Resistenz géint Reibungsverschleiss vun Titancarbid- oder Titannitrid-Keramikzännrieder ënnersicht, déi mat der Dampfoflagerungsmethod ofgesat goufen. D'Zännrieder goufen virum Beschichtung karburéiert a poléiert, fir eng Uewerflächenhäert vu ronn HV720 an eng Uewerflächenrauheet vun 2,4 μm z'erreechen, an d'Keramikbeschichtunge goufen duerch chemesch Dampfoflagerung (CVD) fir Titancarbid an duerch physikalesch Dampfoflagerung (PVD) fir Titannitrid mat enger Keramikschichtdicke vu ronn 2 μm virbereet. D'Reibungsverschleisseigenschaften goufen a Präsenz vun Ueleg respektiv dréchener Reibung ënnersicht. Et gouf festgestallt, datt d'Rauungsbeständegkeet an d'Kratzerbeständegkeet vum Zännradschraufstock no der Beschichtung mat Keramik wesentlech verbessert goufen.

(2) Eng Kompositbeschichtung aus chemesch beschichtetem Ni-P an TiN gouf hiergestallt andeems Ni-P als Iwwergangsschicht virbeschichtet an duerno TiN ofgesat gouf. D'Studie weist, datt d'Uewerflächenhärte vun dëser Kompositbeschichtung bis zu engem gewësse Grad verbessert gouf, an d'Beschichtung besser mam Substrat gebonnen ass a besser Verschleißbeständegkeet huet.

(3) WC/C, B4C Dënnfolie
Den M. Murakawa et al., Departement fir Maschinnebau, Japan Institute of Technology, hunn PVD-Technologie benotzt fir WC/C-Dënnschicht op d'Uewerfläch vun Zännrieder ofzesetzen, an hir Liewensdauer war dräimol sou laang wéi déi vun normale gekillten a geschliffenen Zännrieder ënner uelegfräie Schmierbedingungen. De Franz J et al. hunn PVD-Technologie benotzt fir WC/C- a B4C-Dënnschicht op d'Uewerfläch vun FEZ-A- a FEZ-C-Zännrieder ofzesetzen, an den Experiment huet gewisen, datt d'PVD-Beschichtung d'Reibung vum Zännrad däitlech reduzéiert huet, den Zännrad manner ufälleg fir Heisskleben oder Kleben gemaach huet an d'Droekapazitéit vum Zännrad verbessert huet.

(4) CrN-Filmer
CrN-Filmer sinn ähnlech wéi TiN-Filmer, well se eng méi héich Häert hunn, an CrN-Filmer si méi resistent géint Héichtemperaturoxidatioun wéi TiN, hunn eng besser Korrosiounsbeständegkeet, eng méi niddreg intern Spannung wéi TiN-Filmer, a relativ besser Zähegkeet. De Chen Ling et al. hunn e verschleißbeständege TiAlCrN/CrN-Kompositfilm mat exzellenter filmbaséierter Bindung op der Uewerfläch vun HSS virbereet, an hunn och d'Dislokatiounsstapeltheorie vu Méischichtenfilm virgeschloen, wouduerch wann den Ënnerscheed an der Dislokatiounsenergie tëscht zwou Schichten grouss ass, et schwéier ass fir d'Dislokatioun, déi an enger Schicht geschitt, hir Grenzfläch an déi aner Schicht ze kräizen, wouduerch d'Dislokatiounsstapelung op der Grenzfläch entsteet an d'Material stäerkt. De Zhong Bin et al. hunn den Effekt vum Stickstoffgehalt op d'Phasenstruktur an d'Reibungsverschleiesseegeschafte vu CrNx-Filmer ënnersicht, an d'Studie huet gewisen, datt de Cr2N (211)-Diffraktiounspeak an de Filmer lues a lues geschwächt ass an de CrN (220)-Peak lues a lues mat der Erhéijung vum N2-Gehalt zougeholl huet, déi grouss Partikelen op der Filmuewerfläch lues a lues ofgeholl hunn an d'Uewerfläch éischter flaach war. Wann d'N2-Belëftung 25 ml/min war (de Boustroum vun der Zilquell war 75 A), huet de ofgesate CrN-Film eng gutt Uewerflächenqualitéit, eng gutt Häert an eng exzellent Verschleißbeständegkeet, wann d'N2-Belëftung 25 ml/min ass (de Boustroum vun der Zilquell ass 75 A, den Ënnerdrock ass 100 V).

(5) Superhartfolie
Superhartfilm ass e feste Film mat enger Häert vu méi wéi 40 GPa, exzellenter Verschleißbeständegkeet, héijer Temperaturbeständegkeet, engem niddrege Reibungskoeffizient an engem niddrege Wärmeausdehnungskoeffizient, haaptsächlech amorph Diamantfilm a CN-Film. Amorph Diamantfilmer hunn amorph Eegeschaften, keng laangfristeg geuerdnet Struktur a si enthalen eng grouss Zuel vun CC-tetraederesche Bindungen, dofir gi se och tetraederesch amorph Kuelestofffilmer genannt. Als eng Aart amorph Kuelestofffilm huet diamantähnlech Beschichtung (DLC) vill exzellent Eegeschaften, déi ähnlech wéi Diamant sinn, wéi z. B. héich Wärmeleitfäegkeet, héich Häert, héije Elastizitéitsmodul, niddrege Wärmeausdehnungskoeffizient, gutt chemesch Stabilitéit, gutt Verschleißbeständegkeet an niddrege Reibungskoeffizient. Et gouf gewisen, datt d'Beschichtung vun diamantähnleche Filmer op Zännraduewerflächen d'Liewensdauer ëm e Faktor 6 verlängere kann an d'Middegkeetsbeständegkeet däitlech verbesseren kann. CN-Filmer, och bekannt als amorph Kuelestoff-Stickstofffilmer, hunn eng Kristallstruktur, déi ähnlech wéi déi vu β-Si3N4 kovalente Verbindungen ass, a si sinn och als β-C3N4 bekannt. Liu a Cohen et al. Rigoréis theoretesch Berechnungen mat Pseudopotentialbandberechnungen aus dem Prinzip vun der éischter Natur duerchgefouert, hunn bestätegt, datt β-C3N4 eng grouss Bindungsenergie, eng stabil mechanesch Struktur, op d'mannst ee substabilen Zoustand ka bestoen, a säin Elastizitéitsmodul vergläichbar mat Diamant ass, mat gudden Eegeschaften, déi d'Uewerflächenhärte an d'Verschleißbeständegkeet vum Material effektiv verbesseren an de Reibungskoeffizient reduzéieren kënnen.

(6) Aner verschleißbeständeg Beschichtungsschicht aus Legierungen
Et gouf och probéiert, verschidde verschleißbeständeg Beschichtunge aus Legierungen op Zännrieder unzewenden, zum Beispill d'Oflagerung vun enger Ni-P-Co-Legierungsschicht op der Zännuewerfläch vun 45# Stolzännrieder ass eng Legierungsschicht fir eng ultra-fein Kärorganisatioun ze kréien, wat d'Liewensdauer bis zu 1,144~1,533 Mol verlängere kann. Et gouf och ënnersicht, datt eng Cu-Metallschicht an eng Ni-W-Legierungsbeschichtung op d'Zännuewerfläch vun engem Cu-Cr-P-Legierungs-Gosszännrieder ugewannt ginn, fir seng Stäerkt ze verbesseren; Ni-W- an Ni-Co-Legierungsbeschichtunge ginn op d'Zännuewerfläch vun engem HT250-Gosszännrieder ugewannt, fir d'Verschleißbeständegkeet ëm 4~6 Mol am Verglach mat engem onbeschichteten Zännrieder ze verbesseren.