Teknoloġija tal-kisi tal-gerijiet

It-teknoloġija tad-depożizzjoni tal-PVD ilha tiġi pprattikata għal ħafna snin bħala teknoloġija ġdida ta' modifikazzjoni tal-wiċċ, speċjalment it-teknoloġija tal-kisi tal-jone tal-vakwu, li kisbet żvilupp kbir fis-snin riċenti u issa tintuża ħafna fit-trattament ta' għodod, forom, ċrieki tal-pistuni, gerijiet u komponenti oħra. L-irkaptu miksi ppreparat bit-teknoloġija tal-kisi tal-jone tal-vakwu jista' jnaqqas b'mod sinifikanti l-koeffiċjent tal-frizzjoni, itejjeb l-anti-kedd u ċertu anti-korrużjoni, u sar il-fokus u l-punt ċentrali tar-riċerka fil-qasam tat-teknoloġija tat-tisħiħ tal-wiċċ tal-irkaptu.

Il-materjali komuni użati għall-gerijiet huma prinċipalment azzar falsifikat, azzar fondut, ħadid fondut, metalli mhux ferrużi (ram, aluminju) u plastik. L-azzar huwa prinċipalment azzar 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl. Azzar b'livell baxx ta' karbonju użat prinċipalment f'20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo. L-azzar falsifikat jintuża aktar fil-gerijiet minħabba l-prestazzjoni aħjar tiegħu, filwaqt li l-azzar fondut ġeneralment jintuża għall-manifattura ta' gerijiet b'dijametru > 400mm u struttura kumplessa. Gerijiet tal-ħadid fondut huma reżistenti għall-kolla u l-pitting, iżda n-nuqqas ta' reżistenza għall-impatt u l-użu, prinċipalment għal xogħol stabbli, qawwa mhix b'veloċità baxxa jew daqs kbir u forma kumplessa, jistgħu jaħdmu taħt kundizzjoni ta' nuqqas ta' lubrikazzjoni, adattat għal trasmissjoni miftuħa. Metalli mhux ferrużi li jintużaw komunement huma bronż tal-landa, bronż tal-aluminju-ħadid u liga tal-aluminju fondut, komunement użati fil-manifattura ta' turbini jew gerijiet, iżda l-proprjetajiet ta' żliq u kontra l-frizzjoni huma fqar, biss għal gerijiet ħfief, tagħbijiet medji u veloċità baxxa. Gerijiet minn materjali mhux metalliċi jintużaw prinċipalment f'xi oqsma b'rekwiżiti speċjali, bħal lubrikazzjoni mingħajr żejt u affidabbiltà għolja. F'oqsma b'kundizzjonijiet bħal tniġġis baxx, bħal apparat domestiku, tagħmir mediku, makkinarju tal-ikel u makkinarju tat-tessuti.

Materjali tal-kisi tal-gerijiet

Il-materjali taċ-ċeramika tal-inġinerija huma materjali promettenti ħafna b'saħħa u ebusija għolja, speċjalment reżistenza eċċellenti għas-sħana, konduttività termali baxxa u espansjoni termali, reżistenza għolja għall-użu u reżistenza għall-ossidazzjoni. Numru kbir ta' studji wrew li l-materjali taċ-ċeramika huma intrinsikament reżistenti għas-sħana u għandhom użu baxx fuq il-metalli. Għalhekk, l-użu ta' materjali taċ-ċeramika minflok materjali tal-metall għal partijiet reżistenti għall-użu jista' jtejjeb il-ħajja tas-sub tal-frizzjoni, jista' jissodisfa xi wħud mit-temperatura għolja u materjali reżistenti għall-użu għoli, multifunzjonali u rekwiżiti oħra iebsa. Fil-preżent, materjali taċ-ċeramika tal-inġinerija ntużaw fil-manifattura ta' partijiet reżistenti għas-sħana tal-magna, trasmissjoni mekkanika fil-partijiet tal-użu, tagħmir kimiku fil-partijiet reżistenti għall-korrużjoni u partijiet tas-siġillar, u juru dejjem aktar il-prospetti ta' applikazzjoni wiesgħa tal-materjali taċ-ċeramika.

Pajjiżi żviluppati bħall-Ġermanja, il-Ġappun, l-Istati Uniti, ir-Renju Unit u pajjiżi oħra jagħtu importanza kbira lill-iżvilupp u l-applikazzjoni ta' materjali taċ-ċeramika tal-inġinerija, u jinvestu ħafna flus u ħaddiema biex jiżviluppaw it-teorija u t-teknoloġija tal-ipproċessar taċ-ċeramika tal-inġinerija. Il-Ġermanja nediet programm imsejjaħ “SFB442″, li l-iskop tiegħu huwa li juża t-teknoloġija PVD biex jissintetizza film adattat fuq il-wiċċ tal-partijiet biex jissostitwixxi l-mezz lubrikanti potenzjalment ta’ ħsara għall-ambjent u l-ġisem tal-bniedem. PW Gold u oħrajn fil-Ġermanja użaw il-finanzjament minn SFB442 biex japplikaw it-teknoloġija PVD biex jiddepożitaw films irqaq fuq il-wiċċ tal-berings tar-rombli u sabu li l-prestazzjoni kontra l-użu tal-berings tar-rombli tjiebet b’mod sinifikanti u l-films depożitati fuq il-wiċċ setgħu jissostitwixxu kompletament il-funzjoni ta’ addittivi kontra l-użu bi pressjoni estrema. Joachim, Franz et al. fil-Ġermanja użaw it-teknoloġija PVD biex iħejju films WC/C li juru proprjetajiet eċċellenti kontra l-għeja, ogħla minn dawk tal-lubrikanti li fihom addittivi EP, riżultat li bl-istess mod jagħti l-possibbiltà li addittivi ta’ ħsara jiġu sostitwiti b’kisi. E. Lugscheider et al. tal-Istitut tax-Xjenza tal-Materjali, l-Università Teknika ta’ Aachen, il-Ġermanja, b’finanzjament mid-DFG (Kummissjoni Ġermaniża għar-Riċerka), urew żieda sinifikanti fir-reżistenza għall-għeja wara li ddepożitaw films xierqa fuq azzar 100Cr6 bl-użu tat-teknoloġija PVD. Barra minn hekk, il-General Motors tal-Istati Uniti bdiet fl-2014. il-film tad-depożizzjoni tal-wiċċ tal-gerijiet tal-karozza tat-tip VolvoS80Turbo tiegħu biex itejjeb ir-reżistenza għall-pitting tal-għeja; il-kumpanija famuża Timken nediet l-isem ES200 tal-film tal-wiċċ tal-gerijiet; it-trademark irreġistrata MAXIT gear coating dehret fil-Ġermanja; it-trademark irreġistrata Graphit-iC u Dymon-iC rispettivament Gear coatings bit-trademarks irreġistrati Graphit-iC u Dymon-iC huma wkoll disponibbli fir-Renju Unit.

Bħala spare parts importanti tat-trażmissjoni mekkanika, l-irkaptu għandu rwol importanti fl-industrija, għalhekk huwa ta' sinifikat prattiku importanti ħafna li jiġi studjat l-applikazzjoni ta' materjali taċ-ċeramika fuq l-irkaptu. Fil-preżent, iċ-ċeramika tal-inġinerija applikata għall-irkaptu hija prinċipalment din li ġejja.

1. Saff ta' kisi tat-TiN
1、TiN

Kisi joniku Is-saff taċ-ċeramika TiN huwa wieħed mill-aktar kisi modifikati tal-wiċċ użati b'ebusija għolja, saħħa ta' adeżjoni għolja, koeffiċjent ta' frizzjoni baxx, reżistenza tajba għall-korrużjoni, eċċ. Intuża ħafna f'diversi oqsma, speċjalment fl-industrija tal-għodda u l-forom. Ir-raġuni ewlenija li taffettwa l-applikazzjoni tal-kisi taċ-ċeramika fuq l-irkaptu hija l-problema tat-twaħħil bejn il-kisi taċ-ċeramika u s-sottostrat. Peress li l-kundizzjonijiet tax-xogħol u l-fatturi li jinfluwenzaw l-irkaptu huma ħafna aktar ikkumplikati minn dawk tal-għodda u l-forom, l-applikazzjoni ta' kisi wieħed TiN fuq it-trattament tal-wiċċ tal-irkaptu hija ristretta ħafna. Għalkemm il-kisi taċ-ċeramika għandu l-vantaġġi ta' ebusija għolja, koeffiċjent ta' frizzjoni baxx u reżistenza għall-korrużjoni, huwa fraġli u diffiċli li jinkiseb kisi eħxen, għalhekk jeħtieġ sottostrat ta' ebusija għolja u saħħa għolja biex isostni l-kisi sabiex jilgħab il-karatteristiċi tiegħu. Għalhekk, il-kisi taċ-ċeramika jintuża l-aktar għall-wiċċ tal-karbur u tal-azzar b'veloċità għolja. Il-materjal tal-gerijiet huwa artab meta mqabbel mal-materjal taċ-ċeramika, u d-differenza bejn in-natura tas-sottostrat u l-kisi hija kbira, għalhekk il-kombinazzjoni tal-kisi u s-sottostrat hija fqira, u l-kisi mhux biżżejjed biex isostni l-kisi, u b'hekk il-kisi faċli biex jaqa' fil-proċess tal-użu, mhux biss ma jistax juża l-vantaġġi tal-kisi taċ-ċeramika, iżda l-partiċelli tal-kisi taċ-ċeramika li jaqgħu jikkawżaw xedd u brix fuq l-irkaptu, u b'hekk iħaffu t-telf tal-użu tal-irkaptu. Is-soluzzjoni attwali hija li tintuża teknoloġija ta' trattament tal-wiċċ kompost biex tittejjeb ir-rabta bejn iċ-ċeramika u s-sottostrat. It-teknoloġija tat-trattament tal-wiċċ kompost tirreferi għall-kombinazzjoni ta' kisi ta' depożizzjoni fiżika bil-fwar u proċessi jew kisi oħra ta' trattament tal-wiċċ, bl-użu ta' żewġ uċuħ/sottostrati separati biex timmodifika l-wiċċ tal-materjal tas-sottostrat biex tikseb proprjetajiet mekkaniċi komposti li ma jistgħux jinkisbu bi proċess wieħed ta' trattament tal-wiċċ. Il-kisi kompost TiN depożitat permezz ta' nitridazzjoni tal-jone u PVD huwa wieħed mill-aktar kisi komposti riċerkati. Is-sottostrat ta' nitridazzjoni tal-plażma u l-kisi kompost taċ-ċeramika TiN għandhom rabta qawwija u r-reżistenza għall-użu hija mtejba b'mod sinifikanti.

Il-ħxuna ottimali tas-saff tal-film TiN b'reżistenza eċċellenti għall-użu u twaħħil tal-bażi tal-film hija ta' madwar 3~4μm. Jekk il-ħxuna tas-saff tal-film hija inqas minn 2μm, ir-reżistenza għall-użu ma titjiebx b'mod sinifikanti. Jekk il-ħxuna tas-saff tal-film hija aktar minn 5μm, it-twaħħil tal-bażi tal-film jitnaqqas.

2. Kisi TiN b'ħafna saffi u b'ħafna komponenti

Bl-applikazzjoni gradwali u mifruxa tal-kisi tat-TiN, hemm aktar u aktar riċerki dwar kif jistgħu jittejbu u jissaħħu l-kisi tat-TiN. Fi snin reċenti, ġew żviluppati kisi b'ħafna komponenti u kisi b'ħafna saffi bbażati fuq kisi binarju tat-TiN, bħal Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3, eċċ. Biż-żieda ta' elementi bħal Al u Si mal-kisi tat-TiN, ir-reżistenza għall-ossidazzjoni f'temperatura għolja u l-ebusija tal-kisi jistgħu jittejbu, filwaqt li ż-żieda ta' elementi bħal B tista' ttejjeb l-ebusija u s-saħħa tal-adeżjoni tal-kisi.

Minħabba l-kumplessità tal-kompożizzjoni b'ħafna komponenti, hemm ħafna kontroversji f'dan l-istudju. Fl-istudju tal-kisi b'ħafna komponenti (Tix,Cr1-x)N, hemm kontroversja kbira fir-riżultati tar-riċerka. Xi nies jemmnu li l-kisi (Tix,Cr1-x)N huma bbażati fuq TiN, u Cr jista' jeżisti biss fil-forma ta' soluzzjoni solida ta' sostituzzjoni fil-matriċi TiN dot, iżda mhux bħala fażi CrN separata. Studji oħra juru li n-numru ta' atomi Cr li jissostitwixxu direttament l-atomi Ti fil-kisi (Tix,Cr1-x)N huwa limitat, u s-Cr li jifdal jeżisti fl-istat singlet jew jifforma komposti ma' N. Ir-riżultati sperimentali juru li ż-żieda ta' Cr mal-kisi tnaqqas id-daqs tal-partiċelli tal-wiċċ u żżid l-ebusija, u l-ebusija tal-kisi tilħaq l-ogħla valur tagħha meta l-perċentwal tal-massa ta' Cr jilħaq 3l%, iżda l-istress intern tal-kisi jilħaq ukoll il-valur massimu tiegħu.

3. Saff ieħor ta' kisi

Minbarra l-kisi tat-TiN li jintużaw b'mod komuni, ħafna ċeramika tal-inġinerija differenti tintuża għat-tisħiħ tal-wiċċ tal-gerijiet.

(1) Y. Terauchi et al. tal-Ġappun studjaw ir-reżistenza għall-użu frizzjonali ta' gerijiet taċ-ċeramika tal-karbur tat-titanju jew tan-nitrur tat-titanju depożitati bil-metodu ta' depożizzjoni bil-fwar. L-gerijiet ġew karburizzati u llustrati biex jinkiseb ebusija tal-wiċċ ta' madwar HV720 u ħruxija tal-wiċċ ta' 2.4 μm qabel il-kisi, u l-kisi taċ-ċeramika ġie ppreparat permezz ta' depożizzjoni kimika bil-fwar (CVD) għall-karbur tat-titanju u permezz ta' depożizzjoni fiżika bil-fwar (PVD) għan-nitrur tat-titanju, bi ħxuna tal-film taċ-ċeramika ta' madwar 2 μm. Il-proprjetajiet tal-użu frizzjonali ġew investigati fil-preżenza taż-żejt u l-frizzjoni niexfa, rispettivament. Instab li r-reżistenza għall-galling u r-reżistenza għall-grif tal-morsa tal-gerijiet tjiebu sostanzjalment wara l-kisi biċ-ċeramika.

(2) Kisi kompost ta' Ni-P u TiN miksija kimikament ġie ppreparat billi ġie pre-kisi Ni-P bħala saff ta' transizzjoni u mbagħad ġie depożitat TiN. L-istudju juri li l-ebusija tal-wiċċ ta' dan il-kisi kompost tjiebet sa ċertu punt, u l-kisi huwa marbut aħjar mas-sottostrat u għandu reżistenza aħjar għall-użu.

(3) WC/C, film irqiq B4C
M. Murakawa et al., mid-Dipartiment tal-Inġinerija Mekkanika, fl-Istitut tat-Teknoloġija tal-Ġappun, użaw it-teknoloġija PVD biex jiddepożitaw film irqiq WC/C fuq il-wiċċ tal-gerijiet, u l-ħajja tas-servizz tiegħu kienet tliet darbiet dik tal-gerijiet ordinarji mkessħin u mitħuna taħt kundizzjonijiet ta' lubrikazzjoni mingħajr żejt. Franz J et al. użaw it-teknoloġija PVD biex jiddepożitaw film irqiq WC/C u B4C fuq il-wiċċ tal-gerijiet FEZ-A u FEZ-C, u l-esperiment wera li l-kisi PVD naqqas b'mod sinifikanti l-frizzjoni tal-gerijiet, għamel l-gerijiet inqas suxxettibbli għall-kolla jew it-twaħħil bis-sħana, u tejjeb il-kapaċità li ġġorr it-tagħbija tal-gerijiet.

(4) Films tas-CrN
Il-films CrN huma simili għall-films TiN fis-sens li għandhom ebusija ogħla, u l-films CrN huma aktar reżistenti għall-ossidazzjoni f'temperatura għolja mit-TiN, għandhom reżistenza aħjar għall-korrużjoni, stress intern aktar baxx mill-films TiN, u toughness relattivament aħjar. Chen Ling et ħejjew film kompost TiAlCrN/CrN reżistenti għall-użu b'twaħħil eċċellenti bbażat fuq film fuq il-wiċċ tal-HSS, u pproponew ukoll it-teorija tal-istivar tad-dislokazzjoni ta' film b'ħafna saffi, jekk id-differenza fl-enerġija tad-dislokazzjoni bejn żewġ saffi hija kbira, id-dislokazzjoni li sseħħ f'saff wieħed se tkun diffiċli biex taqsam l-interfaċċja tagħha fis-saff l-ieħor, u b'hekk tifforma l-istivar tad-dislokazzjoni fl-interfaċċja u għandha r-rwol li ssaħħaħ il-materjal. Zhong Bin et studjaw l-effett tal-kontenut tan-nitroġenu fuq l-istruttura tal-fażi u l-proprjetajiet tal-użu tal-frizzjoni tal-films CrNx, u l-istudju wera li l-quċċata tad-diffrazzjoni Cr2N (211) fil-films iddgħajfet gradwalment u l-quċċata CrN (220) żdiedet gradwalment biż-żieda tal-kontenut N2, il-partiċelli kbar fuq il-wiċċ tal-film naqsu gradwalment u l-wiċċ kellu t-tendenza li jkun ċatt. Meta l-arjazzjoni N2 kienet ta' 25 ml/min (il-kurrent tal-ark tas-sors fil-mira kien ta' 75 A), il-film CrN depożitat għandu kwalità tajba tal-wiċċ, ebusija tajba u reżistenza eċċellenti għall-użu meta l-arjazzjoni N2 hija ta' 25 ml/min (il-kurrent tal-ark tas-sors fil-mira huwa ta' 75 A, il-pressjoni negattiva hija ta' 100 V).

(5) Film super iebes
Film superhard huwa l-film solidu b'ebusija akbar minn 40GPa, reżistenza eċċellenti għall-użu, reżistenza għat-temperatura għolja u koeffiċjent ta' frizzjoni baxx u koeffiċjent ta' espansjoni termali baxx, prinċipalment film tad-djamanti amorfu u film CN. Il-films tad-djamanti amorfi għandhom proprjetajiet amorfi, l-ebda struttura ordnata fuq medda twila, u fihom numru kbir ta' bonds tetraedriċi CC, għalhekk jissejħu wkoll films tal-karbonju amorfi tetraedriċi. Bħala tip ta' film tal-karbonju amorfu, il-kisi simili għad-djamanti (DLC) għandu ħafna proprjetajiet eċċellenti simili għad-djamant, bħal konduttività termali għolja, ebusija għolja, modulu elastiku għoli, koeffiċjent baxx ta' espansjoni termali, stabbiltà kimika tajba, reżistenza tajba għall-użu u koeffiċjent ta' frizzjoni baxx. Intwera li l-kisi ta' films simili għad-djamanti fuq l-uċuħ tal-gerijiet jista' jestendi l-ħajja tas-servizz b'fattur ta' 6 u jtejjeb b'mod sinifikanti r-reżistenza għall-għeja. Il-films CN, magħrufa wkoll bħala films amorfi tal-karbonju-nitroġenu, għandhom struttura kristallina simili għal dik tal-komposti kovalenti β-Si3N4 u huma magħrufa wkoll bħala β-C3N4. Liu u Cohen et al. wettaq kalkoli teoretiċi rigorużi bl-użu ta' kalkoli ta' faxxa psewdopotenzjali mill-prinċipju tal-ewwel natura, ikkonferma li β-C3N4 għandu enerġija ta' rbit kbira, struttura mekkanika stabbli, jista' jeżisti mill-inqas stat wieħed sub-stabbli, u l-modulu elastiku tiegħu huwa komparabbli mad-djamant, bi proprjetajiet tajbin, li jistgħu jtejbu b'mod effettiv l-ebusija tal-wiċċ u r-reżistenza għall-użu tal-materjal u jnaqqsu l-koeffiċjent tal-frizzjoni.

(6) Saff ieħor ta' kisi reżistenti għall-ilbies tal-liga
Xi kisi reżistenti għall-użu tal-liga ġie ppruvat ukoll biex jiġi applikat fuq l-irkaptu, pereżempju, id-depożizzjoni tas-saff tal-liga Ni-P-Co fuq il-wiċċ tas-snien tal-irkaptu tal-azzar 45# hija saff tal-liga biex tinkiseb organizzazzjoni tal-qamħ ultra-fina, li tista' testendi l-ħajja sa 1.144~1.533 darba. Ġie studjat ukoll li s-saff tal-metall Cu u l-kisi tal-liga Ni-W huma applikati fuq il-wiċċ tas-snien tal-irkaptu tal-ħadid fondut tal-liga Cu-Cr-P biex itejbu s-saħħa tiegħu; il-kisi tal-liga Ni-W u Ni-Co huma applikati fuq il-wiċċ tas-snien tal-irkaptu tal-ħadid fondut HT250 biex itejbu r-reżistenza għall-użu b'4~6 darbiet meta mqabbla mal-irkaptu mhux miksi.