Технологияи пӯшонидани фишангҳо

Технологияи ҷойгиркунии PVD солҳои тӯлонӣ ҳамчун як технологияи нави тағир додани сатҳ, бахусус технологияи пӯшонидани ионии вакуумӣ, ки дар солҳои охир рушди бузурге ба даст овардааст ва ҳоло дар коркарди асбобҳо, қолабҳо, ҳалқаҳои поршенӣ, фишангҳо ва дигар ҷузъҳо васеъ истифода мешавад, истифода мешавад. Фишангҳои пӯшонидашуда, ки бо технологияи пӯшонидани ионии вакуумӣ омода карда шудаанд, метавонанд коэффитсиенти соишро ба таври назаррас коҳиш диҳанд, зидди фарсудашавӣ ва баъзе зидди зангзаниро беҳтар кунанд ва ба маркази диққат ва нуқтаи гарми таҳқиқот дар соҳаи технологияи мустаҳкамкунии сатҳи фишангҳо табдил ёфтаанд.

Маводҳои маъмуле, ки барои фишангҳо истифода мешаванд, асосан пӯлоди рехтагарӣ, пӯлоди рехтагарӣ, оҳани рехтагарӣ, металлҳои ғайриранг (мис, алюминий) ва пластикҳо мебошанд. Пӯлод асосан пӯлоди 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl мебошанд. Пӯлоди камкарбон асосан дар 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo истифода мешавад. Пӯлоди рехтагарӣ дар фишангҳо ба таври васеътар истифода мешавад, зеро он самаранокии беҳтар дорад, дар ҳоле ки пӯлоди рехтагарӣ одатан барои истеҳсоли фишангҳои диаметри > 400 мм ва сохтори мураккаб истифода мешавад. Фишангҳои оҳани рехтагарӣ ба часпак ва сӯрохшавӣ муқовимат мекунанд, аммо набудани муқовимати зарба ва фарсудашавӣ, асосан барои кори устувор, қувват суръати паст ё андозаи калон ва шакли мураккаб надорад, метавонад дар сурати набудани равған кор кунад ва барои интиқоли кушода мувофиқ бошад. Металлҳои ғайриметаллӣ, ки маъмулан истифода мешаванд, биринҷии қалъагӣ, биринҷии алюминий-оҳан ва хӯлаи алюминийи рехтагарӣ мебошанд, ки маъмулан дар истеҳсоли турбинаҳо ё фишангҳо истифода мешаванд, аммо хосиятҳои лағжиш ва зиддиисқиш сустанд, танҳо барои фишангҳои сабук, миёнабор ва суръати паст. Фишангҳои маводи ғайриметаллӣ асосан дар баъзе соҳаҳо бо талаботи махсус, ба монанди равғанмолии бе равған ва эътимоднокии баланд истифода мешаванд. Дар соҳаҳои зерин шароитҳо ба монанди ифлосшавии кам, ба монанди асбобҳои маишӣ, таҷҳизоти тиббӣ, мошинҳои хӯрокворӣ ва мошинҳои нассоҷӣ мавҷуданд.

Маводҳои пӯшиши фишангҳо

Маводҳои сафолии муҳандисӣ маводҳои хеле умедбахш бо мустаҳкамӣ ва сахтии баланд, махсусан муқовимати аълои гармӣ, гузаронандагии пасти гармӣ ва васеъшавии гармӣ, муқовимати баланди фарсудашавӣ ва муқовимати оксидшавӣ мебошанд. Шумораи зиёди таҳқиқот нишон доданд, ки маводҳои сафолӣ табиатан ба гармӣ тобоваранд ва ба металлҳо фарсудашавии кам доранд. Аз ин рӯ, истифодаи маводҳои сафолӣ ба ҷои маводҳои металлӣ барои қисмҳои фарсудашаванда метавонад мӯҳлати хизмати муҳаррики соишро беҳтар созад, метавонад баъзе аз маводҳои ҳарорати баланд ва фарсудашавии баланд, бисёрфунксионалӣ ва дигар талаботи сахтро қонеъ кунад. Дар айни замон, маводҳои сафолии муҳандисӣ дар истеҳсоли қисмҳои ба гармӣ тобовари муҳаррик, интиқоли механикӣ дар қисмҳои фарсудашавӣ, таҷҳизоти кимиёвӣ дар қисмҳои ба зангзанӣ тобовар ва қисмҳои мӯҳркунӣ истифода мешаванд, ки истифодаи васеъи маводҳои сафолиро нишон медиҳанд.

Кишварҳои пешрафта ба монанди Олмон, Ҷопон, Иёлоти Муттаҳида, Британияи Кабир ва дигар кишварҳо ба таҳия ва татбиқи маводҳои керамикии муҳандисӣ аҳамияти калон медиҳанд ва барои таҳияи назария ва технологияи коркарди керамикии муҳандисӣ маблағ ва қувваи кории зиёд сарф мекунанд. Олмон барномаеро бо номи "SFB442" роҳандозӣ кардааст, ки ҳадафи он истифодаи технологияи PVD барои синтези плёнкаи мувофиқ дар рӯи қисмҳо барои иваз кардани муҳити равғандиҳии эҳтимолан зараровар ба муҳити зист ва бадани инсон мебошад. PW Gold ва дигарон дар Олмон аз маблағгузории SFB442 барои татбиқи технологияи PVD барои гузоштани плёнкаҳои тунук дар рӯи подшипникҳои ғелонда истифода бурданд ва муайян карданд, ки самаранокии зидди фарсудашавии подшипникҳои ғелонда ба таври назаррас беҳтар шудааст ва плёнкаҳое, ки дар сатҳ гузошта шудаанд, метавонанд вазифаи иловаҳои зидди фарсудашавии фишори шадидро пурра иваз кунанд. Йоахим, Франц ва дигарон дар Олмон аз технологияи PVD барои тайёр кардани плёнкаҳои WC/C истифода бурданд, ки хосиятҳои аълои зидди хастагиро нишон медиҳанд, ки нисбат ба равғанҳои дорои иловаҳои EP баландтаранд, ки натиҷа ба ҳамин монанд имконияти иваз кардани иловаҳои зарароварро бо рӯйпӯшҳо медиҳад. Э. Лугшайдер ва дигарон аз Институти илмҳои мавод, Донишгоҳи техникии Аахен, Олмон, бо маблағгузории DFG (Комиссияи тадқиқотии Олмон), пас аз гузоштани плёнкаҳои мувофиқ дар пӯлоди 100Cr6 бо истифода аз технологияи PVD афзоиши назарраси муқовимати хастагиро нишон доданд. Илова бар ин, Иёлоти Муттаҳида Ширкати General Motors истеҳсоли плёнкаи часпондани рӯи фишанги мошинҳои навъи VolvoS80Turbo-ро барои беҳтар кардани муқовимат ба сӯрохиҳои хастагӣ оғоз кард; ширкати машҳури Timken плёнкаи рӯи фишанги ES200-ро ба кор андохт; тамғаи молии бақайдгирифташудаи MAXIT рӯйпӯши фишанги дар Олмон пайдо шуд; тамғаи молии бақайдгирифташудаи Graphit-iC ва Dymon-iC мутаносибан рӯйпӯшҳои фишанг бо тамғаҳои молии бақайдгирифташудаи Graphit-iC ва Dymon-iC низ дар Британияи Кабир дастрасанд.

Ҳамчун қисмҳои эҳтиётии муҳими интиқоли механикӣ, фишангҳо дар саноат нақши муҳим мебозанд, аз ин рӯ омӯзиши истифодаи маводҳои сафолӣ дар фишангҳо аҳамияти амалии хеле муҳим дорад. Дар айни замон, сафолҳои муҳандисии истифодашуда ба фишангҳо асосан инҳоянд.

1, қабати пӯшиши TiN
1, TiN

Қабати сафолии TiN бо рӯйпӯши ионӣ яке аз рӯйпӯшҳои тағйирёфтаи сатҳи васеъ истифодашаванда бо сахтии баланд, қувваи часпакии баланд, коэффисиенти пасти соиш, муқовимати хуби зангзанӣ ва ғайра мебошад. Он дар соҳаҳои гуногун, махсусан дар саноати асбобҳо ва қолабҳо, васеъ истифода шудааст. Сабаби асосии таъсиррасон ба истифодаи рӯйпӯши сафолӣ дар фишангҳо мушкилоти пайванд байни рӯйпӯши сафолӣ ва таҳкурсӣ мебошад. Азбаски шароити корӣ ва омилҳои таъсиррасони фишангҳо нисбат ба асбобҳо ва қолабҳо хеле мураккабтаранд, истифодаи як рӯйпӯши TiN дар коркарди сатҳи фишангҳо хеле маҳдуд аст. Гарчанде ки рӯйпӯши сафолӣ бартариҳои сахтии баланд, коэффисиенти пасти соиш ва муқовимати зангзанӣ дорад, он шикаста аст ва ба даст овардани рӯйпӯши ғафстар душвор аст, аз ин рӯ, барои нигоҳ доштани рӯйпӯш, барои иҷрои хусусиятҳои он, ба таҳкурсии сахтии баланд ва қувваи баланд ниёз дорад. Аз ин рӯ, рӯйпӯши сафолӣ асосан барои сатҳи карбид ва пӯлоди баландсуръат истифода мешавад. Маводи фишанг дар муқоиса бо маводи сафолӣ нарм аст ва фарқи байни хусусияти субстрат ва рӯйпӯш калон аст, аз ин рӯ, омезиши рӯйпӯш ва субстрат суст аст ва рӯйпӯш барои дастгирии рӯйпӯш кофӣ нест, ки боиси афтидани рӯйпӯш дар раванди истифода мегардад, на танҳо метавонад бартариҳои рӯйпӯши сафолиро бозида натавонад, балки зарраҳои рӯйпӯши сафолӣ, ки меафтанд, боиси фарсудашавии абразивӣ дар фишанг мешаванд ва аз даст додани фарсудашавии фишангро суръат мебахшанд. Ҳалли кунунӣ истифодаи технологияи коркарди сатҳи композитӣ барои беҳтар кардани пайванди байни сафолӣ ва субстрат мебошад. Технологияи коркарди сатҳи композитӣ ба омезиши рӯйпӯши буғи физикӣ ва дигар равандҳои коркарди сатҳи рӯизаминӣ ё рӯйпӯшҳо ишора мекунад, ки ду сатҳ/зерсатҳи алоҳидаро барои тағир додани сатҳи маводи субстрат барои ба даст овардани хосиятҳои механикии композитӣ, ки бо як раванди коркарди сатҳи рӯизаминӣ ба даст оварда намешаванд, истифода мебарад. Рӯйпӯши композитии TiN, ки тавассути нитридкунии ион ва PVD ҷойгир карда шудааст, яке аз рӯйпӯшҳои композитии аз ҳама таҳқиқшуда мебошад. Субстрати нитридкунии плазма ва рӯйпӯши композитии сафолии TiN пайванди қавӣ доранд ва муқовимати фарсудашавӣ ба таври назаррас беҳтар шудааст.

Ғафсии оптималии қабати плёнкаи TiN бо муқовимати аълои фарсудашавӣ ва часпидани асоси плёнка тақрибан 3 ~ 4 мкм аст. Агар ғафсии қабати плёнка аз 2 мкм камтар бошад, муқовимати фарсудашавӣ ба таври назаррас беҳтар намешавад. Агар ғафсии қабати плёнка аз 5 мкм зиёд бошад, часпидани асоси плёнка коҳиш меёбад.

2, Пӯшиши TiN бо бисёрқабата ва бисёрҷузъӣ

Бо истифодаи тадриҷӣ ва васеътари рӯйпӯшҳои TiN, таҳқиқоти бештар ва бештар дар бораи чӣ гуна беҳтар ва беҳтар кардани рӯйпӯшҳои TiN анҷом дода мешаванд. Дар солҳои охир, рӯйпӯшҳои бисёрҷузъӣ ва рӯйпӯшҳои бисёрқабата дар асоси рӯйпӯшҳои дуӣ TiN, ба монанди Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3 ва ғайра таҳия шудаанд. Бо илова кардани унсурҳо ба монанди Al ва Si ба рӯйпӯшҳои TiN, муқовимат ба оксидшавии ҳарорати баланд ва сахтии рӯйпӯшҳоро метавон беҳтар кард, дар ҳоле ки илова кардани унсурҳо ба монанди B метавонад сахтӣ ва қувваи часпакии рӯйпӯшҳоро беҳтар кунад.

Аз сабаби мураккабии таркиби бисёрҷузъӣ, дар ин таҳқиқот баҳсҳои зиёде мавҷуданд. Дар омӯзиши рӯйпӯшҳои бисёрҷузъии (Tix,Cr1-x)N, дар натиҷаҳои таҳқиқот баҳсҳои калон вуҷуд доранд. Баъзе одамон боварӣ доранд, ки рӯйпӯшҳои (Tix,Cr1-x)N ба TiN асос ёфтаанд ва Cr метавонад танҳо дар шакли маҳлули сахти ивазкунанда дар матритсаи нуқтаи TiN вуҷуд дошта бошад, аммо на ҳамчун фазаи алоҳидаи CrN. Тадқиқотҳои дигар нишон медиҳанд, ки шумораи атомҳои Cr, ки атомҳои Ti-ро мустақиман дар рӯйпӯшҳои (Tix,Cr1-x)N иваз мекунанд, маҳдуд аст ва Cr-и боқимонда дар ҳолати синглетӣ мавҷуд аст ё бо N пайвастагиҳо ташкил медиҳад. Натиҷаҳои таҷрибавӣ нишон медиҳанд, ки илова кардани Cr ба рӯйпӯш андозаи зарраҳои сатҳро кам мекунад ва сахтиро зиёд мекунад ва сахтии рӯйпӯш вақте ба баландтарин арзиши худ мерасад, ки фоизи массаи Cr ба 3l% мерасад, аммо фишори дохилии рӯйпӯш низ ба ҳадди аксар мерасад.

3, қабати дигари пӯшиш

Илова бар рӯйпӯшҳои маъмулан истифодашавандаи TiN, бисёр сафолҳои гуногуни муҳандисӣ барои мустаҳкам кардани сатҳи фишангҳо истифода мешаванд.

(1)Y. Тераучи ва ҳамкорони Ҷопон муқовимат ба фарсудашавии соишноки чархҳои сафолии карбиди титан ё нитриди титанро, ки бо усули таҳшинкунии буғӣ гузошта шудаанд, омӯхтанд. Чархҳо пеш аз пӯшиш карбюризатсия ва сайқал дода шуданд, то сахтии сатҳи тақрибан HV720 ва ноҳамвории сатҳи 2,4 мкм ба даст оварда шаванд ва пӯшишҳои сафолӣ бо роҳи таҳшинкунии буғи кимиёвӣ (CVD) барои карбиди титан ва бо роҳи таҳшинкунии буғи физикӣ (PVD) барои нитриди титан бо ғафсии плёнкаи сафолӣ тақрибан 2 мкм омода карда шуданд. Хусусиятҳои фарсудашавии соишнок мутаносибан дар ҳузури соишҳои равғанӣ ва хушкӣ таҳқиқ карда шуданд. Муайян карда шуд, ки муқовимати ғафсӣ ва муқовимати харошидани фишанги фишанг пас аз пӯшонидан бо сафолӣ ба таври назаррас афзоиш ёфтааст.

(2) Рӯйпӯши таркибии Ni-P ва TiN бо роҳи пӯшонидани химиявӣ бо роҳи пӯшонидани пешакӣ Ni-P ҳамчун қабати гузариш ва сипас гузоштани TiN омода карда шуд. Таҳқиқот нишон медиҳад, ки сахтии сатҳи ин рӯйпӯши таркибӣ то андозае беҳтар шудааст ва рӯйпӯш бо таҳкурсӣ беҳтар пайваст шудааст ва муқовимати беҳтари фарсудашавӣ дорад.

(3) WC/C, плёнкаи тунуки B4C
М. Муракава ва ҳамкорон, кафедраи муҳандисии механикӣ, Институти технологии Ҷопон, аз технологияи PVD барои гузоштани плёнкаи тунуки WC/C дар рӯи фишангҳо истифода бурданд ва мӯҳлати хизмати он се маротиба аз фишангҳои оддии хомӯшшуда ва заминӣ дар шароити равғандиҳии бе равған буд. Франц Ҷ ва ҳамкорон аз технологияи PVD барои гузоштани плёнкаи тунуки WC/C ва B4C дар рӯи фишангҳои FEZ-A ва FEZ-C истифода бурданд ва таҷриба нишон дод, ки пӯшиши PVD соишро ба таври назаррас коҳиш дод, фишангро ба часпаккунии гарм ё часпак камтар осебпазир кард ва қобилияти борбардории фишангро беҳтар кард.

(4) Филмҳои CrN
Плёнкаҳои CrN ба плёнкаҳои TiN монанданд, зеро онҳо сахтии баландтар доранд ва плёнкаҳои CrN нисбат ба TiN ба оксидшавии ҳарорати баланд тобовартаранд, муқовимати беҳтари зангзанӣ, фишори дохилии пасттар нисбат ба плёнкаҳои TiN ва устувории нисбатан беҳтар доранд. Чен Линг ва дигарон плёнкаи таркибии TiAlCrN/CrN-и фарсудашавандаро бо пайванди аълои плёнка дар сатҳи HSS омода карданд ва инчунин назарияи ҷамъшавии дислокатсияи плёнкаи бисёрқабата пешниҳод карданд, агар фарқияти энергияи дислокатсия байни ду қабат калон бошад, ҷудошавии дар як қабат ба амал омада аз сатҳи он ба қабати дигар гузаштан душвор хоҳад буд, ки дар натиҷа ҷамъшавии дислокатсияро дар сатҳи интерфейс ташкил медиҳад ва нақши мустаҳкамкунии маводро мебозад. Чжун Бин ва дигарон таъсири миқдори нитрогенро ба сохтори фаза ва хосиятҳои фарсудашавии соишноки плёнкаҳои CrNx омӯхтанд ва таҳқиқот нишон дод, ки қуллаи дифракцияи Cr2N (211) дар плёнкаҳо тадриҷан суст шуда, қуллаи CrN (220) бо афзоиши миқдори N2 тадриҷан афзоиш ёфтааст, зарраҳои калон дар сатҳи плёнка тадриҷан кам мешаванд ва сатҳ майл ба ҳамворӣ дорад. Вақте ки ҳаводиҳии N2 25 мл/дақ буд (ҷараёни камони манбаи мақсаднок 75 А буд), плёнкаи CrN-и гузошташуда сифати хуби сатҳ, сахтии хуб ва муқовимати аълои фарсудашавӣ дорад, вақте ки ҳаводиҳии N2 25 мл/дақ аст (ҷараёни камони манбаи мақсаднок 75 А, фишори манфӣ 100 В аст).

(5) Филми хеле сахт
Плёнкаи суперсахт плёнкаи сахтест, ки сахтии аз 40 ГПа зиёдтар, муқовимати аълои фарсудашавӣ, муқовимати ҳарорати баланд ва коэффисиенти пасти соиш ва коэффисиенти пасти васеъшавии гармӣ дорад, асосан плёнкаи алмосии аморфӣ ва плёнкаи CN. Плёнкаҳои алмосии аморфӣ дорои хосиятҳои аморфӣ, сохтори тартибии дурдаст надоранд ва шумораи зиёди пайвандҳои тетраэдрии CC-ро дар бар мегиранд, аз ин рӯ онҳоро плёнкаҳои карбонии аморфии тетраэдрӣ низ меноманд. Ҳамчун як навъи плёнкаи карбонии аморфӣ, рӯйпӯши алмосмонанд (DLC) дорои хосиятҳои зиёди аълои монанд ба алмос, ба монанди гузаронандагии баланди гармӣ, сахтии баланд, модули баланди эластикӣ, коэффисиенти пасти васеъшавии гармӣ, устувории хуби химиявӣ, муқовимати хуби фарсудашавӣ ва коэффисиенти пасти соиш мебошад. Нишон дода шудааст, ки рӯйпӯш кардани плёнкаҳои алмосмонанд дар сатҳҳои фишанг метавонад мӯҳлати хидматро 6 маротиба дароз кунад ва муқовимати хастагиро ба таври назаррас беҳтар созад. Плёнкаҳои CN, ки бо номи плёнкаҳои аморфии карбон-нитроген низ маълуманд, сохтори кристаллии монанд ба пайвастагиҳои ковалентии β-Si3N4 доранд ва инчунин бо номи β-C3N4 маълуманд. Лю ва Коэн ва дигарон. ҳисобҳои назариявии қатъиро бо истифода аз ҳисобҳои бандҳои псевдопотенсиалӣ аз принсипи табиати аввал анҷом доданд ва тасдиқ карданд, ки β-C3N4 дорои энергияи баланди пайвандӣ, сохтори механикии устувор, ҳадди аққал як ҳолати зерустувор буда метавонад ва модули эластикии он бо алмос қобили муқоиса аст, ки дорои хосиятҳои хуб аст, ки метавонад сахтии сатҳ ва муқовимати фарсудашавии маводро самаранок беҳтар кунад ва коэффитсиенти соишро коҳиш диҳад.

(6) Қабати дигари рӯйпӯши фарсудашавии хӯла
Баъзе рӯйпӯшҳои ба фарсудашавӣ тобовар низ кӯшиш карда шудаанд, ки ба фишангҳо истифода шаванд, масалан, гузоштани қабати хӯлаи Ni-P-Co дар сатҳи дандонҳои фишангҳои пӯлоди 45# як қабати хӯла барои ба даст овардани ташкили донаҳои ултрамайда мебошад, ки метавонад мӯҳлати корро то 1,144 ~ 1,533 маротиба дароз кунад. Инчунин омӯхта шудааст, ки қабати металлии Cu ва рӯйпӯши хӯлаи Ni-W ба сатҳи дандонҳои фишанги оҳанини рехтаи Cu-Cr-P барои беҳтар кардани мустаҳкамии он истифода мешаванд; рӯйпӯши хӯлаи Ni-W ва Ni-Co ба сатҳи дандонҳои фишанги оҳанини рехтаи HT250 истифода мешавад, то муқовимати фарсудашавиро дар муқоиса бо фишанги бепӯш 4 ~ 6 маротиба беҳтар кунад.