Dişli örtük tehnologiýasy

PVD çökündi tehnologiýasy köp ýyllaryň dowamynda täze ýüz üýtgediş tehnologiýasy, esasanam wakuum ion örtük tehnologiýasy hökmünde ulanylyp gelinýär, ol soňky ýyllarda uly ösüşe eýe boldy we häzirki wagtda gurallary, galyplary, porşen halkalaryny, dişli çarhlary we beýleki bölekleri işläp bejermekde giňden ulanylýar. Wakuum ion örtük tehnologiýasy bilen taýýarlanan örtülen dişli çarhlar sürtülme koeffisiýentini ep-esli azaldyp, aşynma garşylygyny we belli bir derejede korroziýa garşylygyny gowulandyryp biler we dişli çarhlaryň ýüzini berkitmek tehnologiýasy ulgamynda ylmy-barlag işleriniň esasy we gyzgyn nokadyna öwrüldi.

Dişli çarhlar üçin ulanylýan umumy materiallar esasan dölen polat, dökülen polat, dökülen demir, reňkli däl metallar (mis, alýumin) we plastmassalardyr. Polat esasan 45 polat, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl-dan ybaratdyr. Pes uglerodly polat esasan 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo-da ulanylýar. Dölen polat has gowy öndürijiligi sebäpli dişli çarhlarda has giňden ulanylýar, dökülen polat bolsa adatça diametri > 400 mm we çylşyrymly gurluşly dişli çarhlary öndürmek üçin ulanylýar. Çuň dişli çarhlar ýelmeşmäge we çukurlaşmaga garşy, ýöne urgulara we aşynmalara garşylyk görkezmeýär, esasan durnukly iş üçin, güýç pes tizlikli ýa-da uly ölçegli we çylşyrymly görnüşli däl, ýaglama ýok ýagdaýynda işläp biler, açyk geçiriji üçin amatlydyr. Demir däl metallar köplenç turbinalar ýa-da dişli çarhlar öndürmekde giňden ulanylýan galaýy bürünç, alýumin-demir bürünç we döküm alýumin erginidir, ýöne süýşme we sürtülme garşy häsiýetleri pes, diňe ýeňil, orta ýük we pes tizlikli dişli çarhlar üçin ulanylýar. Metall däl material dişli çarhlar esasan ýagsyz ýaglama we ýokary ygtybarlylyk ýaly ýörite talaplary bolan käbir ugurlarda ulanylýar. Öý hojalyk enjamlary, lukmançylyk enjamlary, azyk enjamlary we dokma enjamlary ýaly pes hapalanma ýaly şertlerde ulanylýan ugurlar.

Dişli örtük materiallary

Inženerçilik keramika materiallary ýokary berklik we gatylyk, esasanam ajaýyp ýylylyga çydamlylygy, pes ýylylyk geçirijiligi we ýylylyk giňelmesi, ýokary aşynma garşylygy we oksidlenme garşylygy bilen örän geljegi uly materiallardyr. Köp sanly gözlegler keramika materiallarynyň tebigy ýylylyga çydamlydygyny we metallara aşynmasynyň pesdigini görkezdi. Şonuň üçin aşynma garşylykly bölekler üçin metal materiallaryň ýerine keramika materiallaryny ulanmak sürtülme substratorynyň ömrüni gowulandyryp, ýokary temperatura we ýokary aşynma garşylykly materiallaryň käbirini, köp funksiýaly we beýleki berk talaplary kanagatlandyryp biler. Häzirki wagtda inženerçilik keramika materiallary hereketlendirijiniň ýylylyga çydamly böleklerini, aşynma böleklerinde mehaniki geçirijileri, korroziýa garşylykly böleklerde himiki enjamlary we möhürleýji bölekleri öndürmekde ulanyldy, bu bolsa keramika materiallarynyň giňden ulanylmagynyň geljegini barha artdyrýar.

Germaniýa, Ýaponiýa, ABŞ, Beýik Britaniýa we beýleki ýurtlar ýaly ösen ýurtlar inženerçilik keramika materiallarynyň işlenip düzülmegine we ulanylyşyna uly ähmiýet berýärler, inženerçilik keramikasynyň gaýtadan işlemegiň teoriýasyny we tehnologiýasyny ösdürmek üçin köp pul we işçi güýjüni maýa goýýarlar. Germaniýa “SFB442” atly programmany işe girizdi, onuň maksady PVD tehnologiýasyny ulanyp, daşky gurşawa we adam bedenine zyýanly bolup biljek ýaglaýjy gurşawy çalşyrmak üçin bölekleriň ýüzünde laýyk plýonkany sintezlemekdir. Germaniýadaky PW Gold we beýlekiler SFB442-den alnan maliýeleşdirmäni ulanyp, rulon podşipnikleriniň ýüzüne inçe plýonkalary goýmak üçin PVD tehnologiýasyny ulandylar we rulon podşipnikleriniň aşynma garşy işiniň ep-esli gowulaşandygyny we ýüzüne goýlan plýonkalaryň ekstremal basyşly aşynma garşy goşundylaryň funksiýasyny doly çalşyp biljekdigini anykladylar. Germaniýadaky Ýoahim, Frans we beýlekiler PVD tehnologiýasyny ulanyp, EP goşundylaryny öz içine alýan ýaglaýjylardan has ýokary ajaýyp ýadawlyga garşy häsiýetleri görkezýän WC/C plýonkalaryny taýýarladylar, bu bolsa zyýanly goşundylary örtükler bilen çalşyrmak mümkinçiligini berýär. Germaniýanyň Aahen şäherindäki Tehniki Uniwersitetiniň Materiallar Ylymlary Institutyndan E. Lugşaýder we beýlekiler DFG (German Research Commission) tarapyndan maliýeleşdirilip, 100Cr6 polatyna PVD tehnologiýasyny ulanyp degişli plýonkalary goýandan soň ýadawlyga garşylygyň ep-esli ýokarlanandygyny görkezdiler. Mundan başga-da, Birleşen Ştatlar “General Motors” kompaniýasy ýadawlyk çukurlaryna garşy durmagy gowulandyrmak üçin “VolvoS80Turbo” görnüşli awtoulag dişlileriniň ýüzüni örtmek üçin plýonka öndürmäge başlady; meşhur “Timken” kompaniýasy ES200 dişlileriniň ýüzüni örtmek üçin plýonka öndürdi; Germaniýada bellige alnan MAXIT dişli örtügi peýda boldy; degişlilikde “Graphit-iC” we “Dymon-iC” bellige alnan söwda belgileri Beýik Britaniýada hem bar.

Mehaniki geçirijileriň möhüm ätiýaçlyk bölekleri hökmünde dişli çarhlar senagatda möhüm rol oýnaýar, şonuň üçin dişli çarhlarda keramiki materiallaryň ulanylyşyny öwrenmek örän möhüm amaly ähmiýete eýedir. Häzirki wagtda dişli çarhlara ulanylýan inženerçilik keramikalary esasan aşakdakylardyr.

1, TiN örtük gatlagy
1, TiN

Ion örtügi TiN keramiki gatlagy ýokary berkligi, ýokary ýelmeşme güýji, pes sürtülme koeffisiýenti, gowy korroziýa garşylygy we ş.m. bilen iň köp ulanylýan ýüz üýtgedilen örtükleriň biridir. Ol dürli ugurlarda, esasanam gurallar we galyp senagatynda giňden ulanylýar. Dişli çarhlarda keramiki örtügiň ulanylmagyna täsir edýän esasy sebäp keramiki örtük bilen substratyň arasyndaky baglanyş meselesidir. Dişli çarhlaryň iş şertleri we täsir ediji faktorlary gurallar we galyplardakydan has çylşyrymly bolany üçin, dişli ýüzüni işläp bejermekde ýeke TiN örtüginiň ulanylmagy örän çäklendirilen. Keramiki örtük ýokary berklik, pes sürtülme koeffisiýenti we korroziýa garşylygy ýaly artykmaçlyklara eýe bolsa-da, ol döwülýär we has galyň örtük almak kyn, şonuň üçin örtügiň häsiýetlerini ýerine ýetirmek üçin ony goldamak üçin ýokary berklik we ýokary berklik substraty gerek. Şonuň üçin keramiki örtük esasan karbid we ýokary tizlikli polat ýüzleri üçin ulanylýar. Dişli çarhyň materialy keramiki materiala garanyňda ýumşak we substratyň tebigaty bilen örtügiň arasyndaky tapawut uly, şonuň üçin örtügiň we substratyň utgaşmasy gowşak we örtük örtügi goldamak üçin ýeterlik däl, bu bolsa örtügiň ulanylyş prosesinde düşmegini aňsatlaşdyrýar, diňe bir keramiki örtügiň artykmaçlyklaryny oýnap bilmez, eýsem düşýän keramiki örtük bölejikleri dişli çarhyň aşynmasyna sebäp bolup, dişli çarhyň aşynmasynyň ýitmegini çaltlaşdyrýar. Häzirki çözgüt keramika bilen substratyň arasyndaky baglanyşygy gowulandyrmak üçin kompozit ýüzleý işläp bejeriş tehnologiýasyny ulanmakdyr. Kompozit ýüzleý işläp bejeriş tehnologiýasy fiziki bug çökündi örtüginiň we beýleki ýüzleý işläp bejeriş prosesleriniň ýa-da örtükleriň utgaşmasyny aňladýar, substrat materialynyň ýüzüni üýtgetmek üçin iki aýry ýüz / aşaky ýüz ulanyp, ýeke ýüzleý işläp bejeriş prosesi bilen gazanyp bolmaýan kompozit mehaniki häsiýetleri alýar. Ion nitridleme we PVD arkaly çökündilen TiN kompozit örtügi iň köp öwrenilen kompozit örtükleriň biridir. Plazma nitridleme substraty we TiN keramiki kompozit örtügi güýçli baglanyşygyna eýedir we aşynma garşylygy ep-esli ýokarlanýar.

Ajaýyp aşynma garşylygy we plýonka esasly baglanyşygy bolan TiN plýonka gatlagynyň optimal galyňlygy takmynan 3 ~ 4 μm. Eger plýonka gatlagynyň galyňlygy 2 μm-den az bolsa, aşynma garşylygy düýpli gowulanmaz. Eger plýonka gatlagynyň galyňlygy 5 μm-den köp bolsa, plýonka esasly baglanyşygy azalar.

2, Köp gatlakly, köp komponentli TiN örtügi

TiN örtükleriniň kem-kemden we giňden ulanylmagy bilen, TiN örtüklerini nädip gowulandyrmak we kämilleşdirmek barada barha köp gözlegler alnyp barylýar. Soňky ýyllarda Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN/Al2O3 we ş.m. ýaly binar TiN örtüklerine esaslanýan köp komponentli we köp gatlakly örtükler işlenip düzüldi. TiN örtüklerine Al we Si ýaly elementleri goşmak arkaly örtükleriň ýokary temperatura oksidlenmegine we gatylygyna garşylyk görkezilýär, B ýaly elementleri goşmak bolsa örtükleriň gatylygyny we ýelmeşme güýjüni ýokarlandyryp biler.

Köp komponentli düzüminiň çylşyrymlylygy sebäpli, bu gözlegde köp jedeller bar. (Tix,Cr1-x)N köp komponentli örtüklerini öwrenmekde gözleg netijelerinde uly jedeller bar. Käbir adamlar (Tix,Cr1-x)N örtükleriniň TiN-e esaslanýandygyna we Cr-iň diňe TiN nokat matrisasynda çalşyryjy gaty ergin görnüşinde bolup biljekdigine, ýöne aýratyn CrN fazasy hökmünde bolup bilmejekdigine ynanýarlar. Beýleki gözlegler (Tix,Cr1-x)N örtüklerinde Ti atomlaryny gönüden-göni çalşýan Cr atomlarynyň sanynyň çäklidigini we galan Cr-iň singlet ýagdaýynda bardygyny ýa-da N bilen birleşmeleri emele getirýändigini görkezýär. Eksperimental netijeler örtüge Cr goşulmagynyň ýüz bölejikleriniň ululygyny azaldýandygyny we gatylygyny artdyrýandygyny, şeýle hem Cr-iň massa göterimi 3l% ýetende örtügiň gatylygynyň iň ýokary gymmatyna ýetýändigini, ýöne örtügiň içki dartgynlylygynyň hem iň ýokary gymmatyna ýetýändigini görkezýär.

3, Başga örtük gatlagy

Köp ulanylýan TiN örtüklerinden başga-da, dişli çarhyň ýüzüni berkitmek üçin köp dürli inženerçilik keramikalary ulanylýar.

(1) Ýaponiýaly Y. Terauçi we beýlekiler bug çökündi usuly bilen çökündilen titan karbidi ýa-da titan nitridi keramiki dişli çarhlaryň sürtülme aşynmasyna garşylygyny öwrendiler. Örtükden öň dişli çarhlar karbýurizasiýa edildi we takmynan HV720 ýüz berkligine we 2,4 μm ýüziň gödekligine ýetmek üçin jylaňlandyryldy we keramiki örtükler titan karbidi üçin himiki bug çökündisi (CVD) we titan nitridi üçin fiziki bug çökündisi (PVD) arkaly taýýarlanyldy, keramiki plýonkanyň galyňlygy takmynan 2 μm boldy. Sürtülme aşynma häsiýetleri degişlilikde ýag we gurak sürtülme bolanda öwrenildi. Keramika bilen örtülenden soň dişli çarhyň çyzylma garşylygynyň we dyrnaklanma garşylygynyň ep-esli ýokarlanandygy anyklandy.

(2) Himiki örtükli Ni-P we TiN-den ybarat kompozit örtük, geçiş gatlagy hökmünde Ni-P-ni öňünden örtüp, soňra TiN-i çökdürmek arkaly taýýarlanyldy. Barlag bu kompozit örtügiň ýüzüniň berkliginiň belli bir derejede gowulaşandygyny we örtügiň substrat bilen has gowy baglanýandygyny we has gowy aşynma garşylygyna eýedigini görkezýär.

(3) WC/C, B4C inçe plýonka
Ýaponiýa Tehnologiýa Institutynyň Mehaniki Inženerçilik Bölümi M. Murakawa we beýlekiler dişli çarhlaryň ýüzüne WC/C inçe plyonkasyny goýmak üçin PVD tehnologiýasyny ulandylar we onuň hyzmat möhleti ýagsyz ýaglama şertlerinde adaty söndürilen we ýerlenen dişli çarhlaryňkydan üç esse uzyn boldy. Franz J we beýlekiler FEZ-A we FEZ-C dişli çarhlaryň ýüzüne WC/C we B4C inçe plyonkasyny goýmak üçin PVD tehnologiýasyny ulandylar we tejribe PVD örtüginiň dişli sürtülmesini ep-esli azaltdygyny, dişli çarhyň gyzgyn ýelmeşdirilmäge ýa-da ýelmeşdirilmäge has az duýarlydygyny we dişli çarhyň ýük göterijiligini gowulandyrandygyny görkezdi.

(4) CrN filmleri
CrN plýonkalary TiN plýonkalaryna meňzeş, sebäbi olaryň berkligi ýokarydyr we CrN plýonkalary TiN-e garanda ýokary temperatura oksidlenmesine has çydamly, has gowy korroziýa garşylygyna, TiN plýonkalaryna garanda pes içki dartgynlylygyna we deňeşdirme boýunça has gowy berkligine eýedir. Çen Ling we beýlekiler HSS-iň ýüzünde ajaýyp plýonka esasly baglanyşy bolan aşynma çydamly TiAlCrN/CrN kompozit plýonkasyny taýýarladylar we şeýle hem köp gatlakly plýonkanyň dislokasiýa üst-üst etmek teoriýasyny teklip etdiler, eger iki gatlak arasyndaky dislokasiýa energiýasynyň tapawudy uly bolsa, bir gatlakda ýüze çykýan dislokasiýa onuň serhetinden beýleki gatlaga geçmek kyn bolar, şeýlelik bilen serhetde dislokasiýa üst-üst etmek emele geler we materialy berkitmek rolyny oýnaýar. Çžun Bin we beýlekiler azot mukdarynyň CrNx plýonkalarynyň faza gurluşyna we sürtülme aşynma häsiýetlerine täsirini öwrendiler we gözleg plýonkalardaky Cr2N (211) difraksiýa depesiniň kem-kemden gowşaýandygyny we CrN (220) depesiniň N2 mukdarynyň artmagy bilen kem-kemden güýçlenýändigini, plýonkanyň ýüzündäki uly bölejikleriň kem-kemden azalýandygyny we ýüzüniň tekiz bolmaga meýillidigini görkezdi. N2 howalandyryşy 25 ml/min bolanda (maksat çeşmesiniň ýaý tokuny 75 A bolanda), çökdürilen CrN plýonkasy N2 howalandyryşy 25 ml/min bolanda (maksat çeşmesiniň ýaý tokuny 75A, negatiw basyş 100V bolanda) gowy ýüz hiline, gowy berklige we ajaýyp aşynma garşylygyna eýedir.

(5) Super gaty film
Supergaty plýonka, esasan amorf almaz plýonkasy we CN plýonkasy bolan berk plýonkadyr, gatylygy 40GPa-dan ýokary, ajaýyp aşynma garşylygy, ýokary temperatura garşylygy we pes sürtülme koeffisiýenti we pes termal giňelme koeffisiýenti bolan berk plýonkadyr, esasan amorf almaz plýonkasy we CN plýonkasydyr. Amorf almaz plýonkalary amorf häsiýetlere eýedir, uzak aralykda tertipleşdirilen gurluşa eýe däldir we köp sanly CC tetraedr baglanyşyklaryny öz içine alýar, şonuň üçin olara tetraedr amorf uglerod plýonkalary hem diýilýär. Amorf uglerod plýonkasynyň bir görnüşi hökmünde, almaz ýaly örtük (DLC) almaza meňzeş köp ajaýyp häsiýetlere eýedir, mysal üçin ýokary termal geçirijilik, ýokary gatylyk, ýokary elastiklik moduly, pes termal giňelme koeffisiýenti, gowy himiki durnuklylyk, gowy aşynma garşylygy we pes sürtülme koeffisiýenti. Dişli çarhlaryň ýüzüne almaz ýaly plýonkalary örtmegiň hyzmat möhletini 6 esse uzaldyp we ýadawlyga garşylygy ep-esli gowulandyryp biljekdigi görkezildi. Amorf uglerod-azot plýonkalary hökmünde hem belli bolan CN plýonkalary β-Si3N4 kowalent birleşmelerine meňzeş kristal gurluşyna eýedir we β-C3N4 diýlip hem atlandyrylýar. Liu we Kohen we beýlekiler. birinji tebigat prinsipinden psewdopotensial zolak hasaplamalaryny ulanyp, berk nazary hasaplamalar geçirdi, β-C3N4-iň uly baglanyşyk energiýasyna, durnukly mehaniki gurluşa, azyndan bir sub-durnukly ýagdaýyň bolup biljekdigine we onuň elastik modulynyň almaz bilen deňeşdirilip bilinjekdigine, gowy häsiýetlere eýedigine, bu bolsa materialyň ýüzüniň berkligini we aşynma garşylygyny netijeli ýokarlandyryp we sürtülme koeffisiýentini azaldyp biljekdigine tassyklady.

(6) Beýleki legirlenen aşynma garşy örtük gatlagy
Käbir garyndyly aşynma garşy örtükler dişli çarhlara hem ulanylmaga synanyşyldy, mysal üçin, 45# polat dişli çarhlaryň diş ýüzüne Ni-P-Co garyndyly gatlagynyň çökmegi, ultra inçe däneli guramany almak üçin garyndyly gatlak bolup, ömrüni 1,144 ~ 1,533 esse uzaldyp biler. Şeýle hem, Cu-Cr-P garyndyly çoýun dişli çarhlaryň berkligini ýokarlandyrmak üçin diş ýüzüne Cu metal gatlagynyň we Ni-W garyndyly örtüginiň ulanylýandygy öwrenildi; örtülmedik dişli çarhlara garanyňda aşynma garşylygyny 4 ~ 6 esse ýokarlandyrmak üçin HT250 çoýun dişli çarhlaryň diş ýüzüne Ni-W we Ni-Co garyndyly örtük ulanylýar.