پی وی ڈی ڈیپوزیشن ٹیکنالوجی کئی سالوں سے ایک نئی سطح میں تبدیلی کی ٹیکنالوجی کے طور پر استعمال کی جا رہی ہے، خاص طور پر ویکیوم آئن کوٹنگ ٹیکنالوجی، جس نے حالیہ برسوں میں بہت ترقی حاصل کی ہے اور اب بڑے پیمانے پر ٹولز، مولڈز، پسٹن رِنگز، گیئرز اور دیگر اجزاء کے علاج میں استعمال ہوتی ہے۔ ویکیوم آئن کوٹنگ ٹکنالوجی کے ذریعہ تیار کردہ لیپت گیئرز رگڑ کے گتانک کو نمایاں طور پر کم کرسکتے ہیں ، اینٹی وئیر اور کچھ اینٹی کورروشن کو بہتر بنا سکتے ہیں ، اور گیئر سطح کو مضبوط بنانے والی ٹیکنالوجی کے میدان میں تحقیق کا مرکز اور گرم مقام بن گئے ہیں۔
گیئرز کے لیے استعمال ہونے والے عام مواد میں بنیادی طور پر جعلی اسٹیل، کاسٹ اسٹیل، کاسٹ آئرن، الوہ دھاتیں (تانبا، ایلومینیم) اور پلاسٹک شامل ہیں۔ اسٹیل بنیادی طور پر 45 اسٹیل، 35SiMn، 40Cr، 40CrNi، 40MnB، 38CrMoAl ہے۔ کم کاربن اسٹیل بنیادی طور پر 20Cr، 20CrMnTi، 20MnB، 20CrMnTo میں استعمال ہوتا ہے۔ جعلی سٹیل اپنی بہتر کارکردگی کی وجہ سے گیئرز میں زیادہ استعمال ہوتا ہے، جبکہ کاسٹ سٹیل عام طور پر 400 ملی میٹر قطر اور پیچیدہ ساخت کے ساتھ گیئرز بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ کاسٹ آئرن گیئرز اینٹی گلو اور پٹنگ مزاحمت، لیکن اثر اور لباس مزاحمت کی کمی، بنیادی طور پر مستحکم کام کے لیے، طاقت کم رفتار یا بڑے سائز اور پیچیدہ شکل نہیں ہے، کھلی ترسیل کے لیے موزوں چکنا کی کمی کی حالت میں کام کر سکتی ہے۔ عام طور پر استعمال ہونے والی الوہ دھاتیں ٹن کانسی، ایلومینیم-لوہے کا کانسی اور کاسٹنگ ایلومینیم مرکب ہیں، جو عام طور پر ٹربائنز یا گیئرز کی تیاری میں استعمال ہوتی ہیں، لیکن سلائیڈنگ اور اینٹی رگڑ خصوصیات ناقص ہیں، صرف ہلکے، درمیانے بوجھ اور کم رفتار گیئرز کے لیے۔ غیر دھاتی مواد کے گیئرز بنیادی طور پر کچھ شعبوں میں خاص ضروریات کے ساتھ استعمال کیے جاتے ہیں، جیسے تیل سے پاک چکنا اور اعلی وشوسنییتا۔ حالات کا میدان جیسے کم آلودگی، جیسے گھریلو آلات، طبی آلات، کھانے کی مشینری اور ٹیکسٹائل مشینری۔
گیئر کوٹنگ کا مواد
انجینئرنگ سیرامک مواد اعلی طاقت اور سختی کے ساتھ انتہائی امید افزا مواد ہیں، خاص طور پر بہترین گرمی مزاحمت، کم تھرمل چالکتا اور تھرمل توسیع، اعلی لباس مزاحمت اور آکسیڈیشن مزاحمت۔ مطالعے کی ایک بڑی تعداد سے پتہ چلتا ہے کہ سیرامک مواد فطری طور پر گرمی مزاحم ہیں اور دھاتوں پر کم پہنتے ہیں۔ لہذا، لباس مزاحم حصوں کے لئے دھاتی مواد کے بجائے سیرامک مواد کا استعمال رگڑ ذیلی کی زندگی کو بہتر بنا سکتا ہے، کچھ اعلی درجہ حرارت اور اعلی لباس مزاحم مواد، ملٹی فنکشنل اور دیگر سخت ضروریات کو پورا کرسکتا ہے. فی الحال، انجینئرنگ سیرامک مواد انجن گرمی مزاحم حصوں کی تیاری میں استعمال کیا جاتا ہے، لباس کے حصوں میں میکانی ٹرانسمیشن، سنکنرن مزاحم حصوں میں کیمیائی سامان اور سگ ماہی حصوں میں تیزی سے سیرامک مواد کے امکانات کے وسیع اطلاق کو ظاہر کرتا ہے.
ترقی یافتہ ممالک جیسے کہ جرمنی، جاپان، امریکہ، برطانیہ اور دیگر ممالک انجینئرنگ سیرامک مواد کی ترقی اور استعمال کو بہت اہمیت دیتے ہیں، انجینئرنگ سیرامک کی پروسیسنگ تھیوری اور ٹیکنالوجی کو تیار کرنے کے لیے بہت زیادہ رقم اور افرادی قوت کی سرمایہ کاری کرتے ہیں۔ جرمنی نے "SFB442″ کے نام سے ایک پروگرام شروع کیا ہے، جس کا مقصد ماحول اور انسانی جسم کے لیے ممکنہ طور پر نقصان دہ چکنا کرنے والے میڈیم کو تبدیل کرنے کے لیے حصوں کی سطح پر ایک مناسب فلم کی ترکیب کے لیے PVD ٹیکنالوجی کا استعمال کرنا ہے۔ بیرنگز کو نمایاں طور پر بہتر بنایا گیا تھا اور جرمنی میں جوآخم، فرانز ایٹ ال نے پی وی ڈی ٹیکنالوجی کا استعمال کیا تھا جو کہ EP ایڈیٹوز پر مشتمل چکنا کرنے والے مادوں کی نسبت زیادہ ہے۔ DFG (جرمن ریسرچ کمیشن) سے فنڈنگ کے ساتھ انسٹی ٹیوٹ آف میٹریل سائنس کے Lugscheider et al. تھکاوٹ کی مزاحمت کو بہتر بنانا؛ مشہور ٹمکن کمپنی نے ES200 گیئر سرفیس فلم کا آغاز کیا ہے، جس میں رجسٹرڈ ٹریڈ مارک گرافٹ-iC اور Dymon-iC کے ساتھ گیئر کوٹنگز بھی دستیاب ہیں۔
مکینیکل ٹرانسمیشن کے ایک اہم اسپیئر پارٹس کے طور پر، گیئرز صنعت میں ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں، اس لیے گیئرز پر سیرامک مواد کے استعمال کا مطالعہ کرنا بہت اہم عملی اہمیت کا حامل ہے۔ فی الحال، انجینئرنگ سیرامکس جو گیئرز پر لگائے گئے ہیں وہ بنیادی طور پر درج ذیل ہیں۔
1، ٹن کوٹنگ کی تہہ
1، TiN
آئن کوٹنگ TiN سیرامک پرت سب سے زیادہ استعمال ہونے والی سطح میں ترمیم شدہ کوٹنگز میں سے ایک ہے جس میں اعلی سختی، اعلی چپکنے والی طاقت، کم رگڑ گتانک، اچھی سنکنرن مزاحمت وغیرہ ہے۔ یہ مختلف شعبوں، خاص طور پر ٹول اور مولڈ انڈسٹری میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی رہی ہے۔ گیئرز پر سیرامک کوٹنگ کے اطلاق کو متاثر کرنے کی بنیادی وجہ سیرامک کوٹنگ اور سبسٹریٹ کے درمیان بانڈنگ کا مسئلہ ہے۔ چونکہ کام کے حالات اور گیئرز کو متاثر کرنے والے عوامل ٹولز اور مولڈز سے کہیں زیادہ پیچیدہ ہیں، اس لیے گیئر کی سطح کے علاج پر ایک ہی TiN کوٹنگ کا اطلاق بہت حد تک محدود ہے۔ اگرچہ سیرامک کوٹنگ میں اعلی سختی، کم رگڑ گتانک اور سنکنرن مزاحمت کے فوائد ہیں، لیکن یہ ٹوٹنے والی اور موٹی کوٹنگ حاصل کرنا مشکل ہے، لہذا اس کی خصوصیات کو ادا کرنے کے لیے کوٹنگ کو سہارا دینے کے لیے اسے اعلی سختی اور اعلی طاقت والے ذیلی ذخیرے کی ضرورت ہوتی ہے۔ لہذا، سیرامک کوٹنگ زیادہ تر کاربائڈ اور تیز رفتار سٹیل کی سطح کے لئے استعمال کیا جاتا ہے. سیرامک میٹریل کے مقابلے میں گیئر میٹریل نرم ہے، اور سبسٹریٹ اور کوٹنگ کی نوعیت کے درمیان فرق بہت بڑا ہے، اس لیے کوٹنگ اور سبسٹریٹ کا امتزاج ناقص ہے، اور کوٹنگ کوٹنگ کو سہارا دینے کے لیے کافی نہیں ہے، جس سے کوٹنگ کو استعمال کے عمل میں گرنا آسان ہو جاتا ہے، نہ صرف سیرامک کوٹنگ کے فوائد کو کھیلا جا سکتا ہے، بلکہ سیرامک کوٹنگ کے پرزے کو بھی نقصان پہنچا سکتا ہے۔ گیئر، گیئر کے پہننے کے نقصان کو تیز کرتا ہے۔ موجودہ حل سیرامک اور سبسٹریٹ کے درمیان بانڈ کو بہتر بنانے کے لیے جامع سطح کے علاج کی ٹیکنالوجی کا استعمال کرنا ہے۔ جامع سطح کے علاج کی ٹیکنالوجی سے مراد جسمانی بخارات جمع کرنے والی کوٹنگ اور دیگر سطح کے علاج کے عمل یا کوٹنگز کا مجموعہ ہے، دو الگ الگ سطحوں / ذیلی سطحوں کا استعمال کرتے ہوئے سبسٹریٹ مواد کی سطح کو تبدیل کرنے کے لیے جامع مکینیکل خصوصیات حاصل کرنے کے لیے جو کسی ایک سطح کے علاج کے عمل سے حاصل نہیں کی جا سکتی ہیں۔ آئن نائٹرائڈنگ اور پی وی ڈی کے ذریعہ جمع کردہ TiN جامع کوٹنگ سب سے زیادہ تحقیق شدہ جامع کوٹنگز میں سے ایک ہے۔ پلازما نائٹرائڈنگ سبسٹریٹ اور TiN سیرامک کمپوزٹ کوٹنگ کا مضبوط بانڈ ہے اور پہننے کی مزاحمت نمایاں طور پر بہتر ہوئی ہے۔
بہترین لباس مزاحمت اور فلم بیس بانڈنگ کے ساتھ TiN فلم پرت کی زیادہ سے زیادہ موٹائی تقریباً 3~4μm ہے۔ اگر فلم کی پرت کی موٹائی 2μm سے کم ہے تو، پہننے کی مزاحمت کو نمایاں طور پر بہتر نہیں کیا جائے گا۔ اگر فلم کی پرت کی موٹائی 5μm سے زیادہ ہے تو، فلم بیس بانڈنگ کم ہو جائے گی۔
2، ملٹی لیئر، ملٹی کمپوننٹ TiN کوٹنگ
TiN کوٹنگز کے بتدریج اور وسیع پیمانے پر اطلاق کے ساتھ، TiN کوٹنگز کو بہتر اور بڑھانے کے طریقے پر زیادہ سے زیادہ تحقیقیں ہو رہی ہیں۔ حالیہ برسوں میں، بائنری TiN کوٹنگز، جیسے Ti-CN، Ti-CNB، Ti-Al-N، Ti-BN، (Tix,Cr1-x)N، TiN/Al2O3، وغیرہ کی بنیاد پر ملٹی کمپوننٹ کوٹنگز اور ملٹی لیئر کوٹنگز تیار کی گئی ہیں۔ کوٹنگز کو بہتر بنایا جا سکتا ہے، جبکہ B جیسے عناصر کو شامل کرنے سے کوٹنگز کی سختی اور چپکنے والی طاقت کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔
کثیر اجزاء کی ساخت کی پیچیدگی کی وجہ سے، اس مطالعہ میں بہت سے تنازعات موجود ہیں. (Tix,Cr1-x)N ملٹی کمپوننٹ کوٹنگز کے مطالعہ میں، تحقیق کے نتائج میں ایک بڑا تنازعہ ہے۔ کچھ لوگوں کا خیال ہے کہ (Tix,Cr1-x)N کوٹنگز TiN پر مبنی ہیں، اور Cr صرف TiN ڈاٹ میٹرکس میں متبادل ٹھوس محلول کی صورت میں موجود ہو سکتا ہے، لیکن علیحدہ CrN مرحلے کے طور پر نہیں۔ دیگر مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ (Tix,Cr1-x)N کوٹنگز میں براہ راست Ti ایٹموں کی جگہ لینے والے Cr ایٹموں کی تعداد محدود ہے، اور بقیہ Cr سنگل حالت میں موجود ہے یا N کے ساتھ مرکبات بناتا ہے۔ تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ کوٹنگ میں Cr کا اضافہ سطح کے ذرات کے سائز کو کم کرتا ہے اور سختی کو بڑھاتا ہے، اور جب Cr کی قدر کی سختی تک پہنچ جاتی ہے۔ 3l%، لیکن کوٹنگ کا اندرونی دباؤ بھی اپنی زیادہ سے زیادہ قیمت تک پہنچ جاتا ہے۔
3، دیگر کوٹنگ پرت
عام طور پر استعمال ہونے والی TiN کوٹنگز کے علاوہ، بہت سے مختلف انجینئرنگ سیرامکس گیئر کی سطح کو مضبوط بنانے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔
(1)Y تراؤچی وغیرہ۔ جاپان نے ٹائٹینیم کاربائیڈ یا ٹائٹینیم نائٹرائڈ سیرامک گیئرز کے رگڑ کے لباس کے خلاف مزاحمت کا مطالعہ کیا جو بخارات جمع کرنے کے طریقہ سے جمع کیے گئے تھے۔ کوٹنگ سے پہلے تقریباً HV720 کی سطح کی سختی اور 2.4 μm کی سطح کی کھردری کو حاصل کرنے کے لیے گیئرز کو کاربرائزڈ اور پالش کیا گیا تھا، اور سرامک کوٹنگز ٹائٹینیم کاربائیڈ کے لیے کیمیائی بخارات جمع (CVD) کے ذریعے اور فزیکل وانپ ڈپازیشن (PVD) کے ذریعے ٹائٹینیم ceramic nitride کی تقریباً μm موٹی فلم کے ساتھ تیار کی گئی تھیں۔ بالترتیب تیل اور خشک رگڑ کی موجودگی میں رگڑ لباس کی خصوصیات کی چھان بین کی گئی۔ یہ پایا گیا کہ سیرامک کے ساتھ کوٹنگ کے بعد گیئر وائس کی گیلنگ مزاحمت اور سکریچ مزاحمت میں کافی اضافہ ہوا ہے۔
(2) کیمیاوی لیپت Ni-P اور TiN کی جامع کوٹنگ Ni-P کو ٹرانزیشن لیئر کے طور پر پری کوٹنگ اور پھر TiN جمع کر کے تیار کی گئی تھی۔ مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ اس جامع کوٹنگ کی سطح کی سختی کو ایک خاص حد تک بہتر بنایا گیا ہے، اور کوٹنگ کو سبسٹریٹ کے ساتھ بہتر طور پر منسلک کیا گیا ہے اور پہننے کی بہتر مزاحمت ہے۔
(3) WC/C، B4C پتلی فلم
M. Murakawa et al.، ڈیپارٹمنٹ آف مکینیکل انجینئرنگ، جاپان انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی، نے PVD ٹیکنالوجی کا استعمال WC/C پتلی فلم کو گیئرز کی سطح پر جمع کرنے کے لیے کیا، اور اس کی سروس لائف تیل سے پاک چکنا کرنے والے حالات میں عام بجھے ہوئے اور زمینی گیئرز سے تین گنا زیادہ تھی۔ فرانز جے ایٹ ال۔ FEZ-A اور FEZ-C گیئرز کی سطح پر WC/C اور B4C پتلی فلم کو جمع کرنے کے لیے PVD ٹیکنالوجی کا استعمال کیا، اور تجربے سے معلوم ہوا کہ PVD کوٹنگ نے گیئر کی رگڑ کو نمایاں طور پر کم کیا، گیئر کو گرم گلونگ یا گلونگ کے لیے کم حساس بنایا، اور gear کی لوڈ برداشت کرنے کی صلاحیت کو بہتر بنایا۔
(4) CrN فلمیں۔
CrN فلمیں TiN فلموں سے ملتی جلتی ہیں کیونکہ ان میں سختی زیادہ ہوتی ہے، اور CrN فلمیں TiN سے زیادہ درجہ حرارت کے آکسیکرن کے خلاف زیادہ مزاحم ہوتی ہیں، بہتر سنکنرن مزاحمت، TiN فلموں سے کم اندرونی دباؤ اور نسبتاً بہتر سختی ہوتی ہیں۔ چن لنگ ایٹ نے HSS کی سطح پر بہترین فلم پر مبنی بانڈنگ کے ساتھ لباس مزاحم TiAlCrN/CrN کمپوزٹ فلم تیار کی، اور ملٹی لیئر فلم کی ڈس لوکیشن اسٹیکنگ تھیوری بھی تجویز کی، اگر دو تہوں کے درمیان ڈس لوکیشن انرجی کا فرق بڑا ہے، تو ایک پرت میں ہونے والی ڈس لوکیشن کو دوسری پرت کو عبور کرنا مشکل ہوگا۔ انٹرفیس اور مواد کو مضبوط بنانے کا کردار ادا کر رہا ہے۔ Zhong Bin et نے CrNx فلموں کے مرحلے کے ڈھانچے اور رگڑ سے متعلق لباس کی خصوصیات پر نائٹروجن کے مواد کے اثر کا مطالعہ کیا، اور مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ فلموں میں Cr2N (211) پھیلاؤ کی چوٹی بتدریج کمزور ہوتی گئی اور CrN (220) چوٹی بتدریج بڑھ جاتی ہے، N2 کی سطح پر بڑے پیمانے پر سطح کے مواد میں کمی اور فلموں میں Cr2N (220) کی چوٹی آہستہ آہستہ بڑھ جاتی ہے۔ فلیٹ ہونے کا رجحان تھا۔ جب N2 ایریشن 25 ملی لیٹر/منٹ تھا (ٹارگٹ سورس آرک کرنٹ 75 A تھا، جمع شدہ CrN فلم میں سطح کا معیار، اچھی سختی اور بہترین لباس مزاحمت ہوتی ہے جب N2 ایریشن 25 ملی لیٹر/منٹ ہوتا ہے (ٹارگٹ سورس آرک کرنٹ 75A ہے، منفی پریشر 100V ہے)۔
(5) سپر ہارڈ فلم
سپر ہارڈ فلم ایک ٹھوس فلم ہے جس میں 40GPa سے زیادہ سختی، بہترین لباس مزاحمت، اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت اور کم رگڑ گتانک اور کم تھرمل ایکسپینشن گتانک، بنیادی طور پر بے ساختہ ڈائمنڈ فلم اور CN فلم ہے۔ بے ترتیب ہیرے کی فلموں میں بے ساختہ خصوصیات ہوتی ہیں، کوئی لمبی رینج کا آرڈرڈ ڈھانچہ نہیں ہوتا ہے، اور اس میں بڑی تعداد میں CC ٹیٹراہیڈرل بانڈز ہوتے ہیں، اس لیے انہیں ٹیٹراہیڈرل امورفوس کاربن فلمیں بھی کہا جاتا ہے۔ ایک قسم کی بے کار کاربن فلم کے طور پر، ہیرے کی طرح کی کوٹنگ (DLC) میں ہیرے کی طرح بہت سی بہترین خصوصیات ہیں، جیسے کہ اعلی تھرمل چالکتا، اعلی سختی، اعلی لچکدار ماڈیولس، تھرمل توسیع کا کم گتانک، اچھی کیمیائی استحکام، اچھی لباس مزاحمت اور کم رگڑ گتانک۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ گیئر کی سطحوں پر ہیرے جیسی فلموں کی کوٹنگ سروس کی زندگی کو 6 کے عنصر تک بڑھا سکتی ہے اور تھکاوٹ کے خلاف مزاحمت کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتی ہے۔ CN فلمیں، جسے بے کار کاربن نائٹروجن فلموں کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، ان کا کرسٹل ڈھانچہ β-Si3N4 covalent مرکبات کی طرح ہوتا ہے اور اسے β-C3N4 بھی کہا جاتا ہے۔ لیو اور کوہن وغیرہ۔ پہلی نوعیت کے اصول سے pseudopotential band کیلکولیشنز کا استعمال کرتے ہوئے سخت نظریاتی حسابات کیے، اس بات کی تصدیق کی کہ β-C3N4 میں ایک بڑی پابند توانائی ہے، ایک مستحکم مکینیکل ڈھانچہ ہے، کم از کم ایک ذیلی مستحکم حالت موجود ہو سکتی ہے، اور اس کا لچکدار ماڈیولس ہیرے کے مقابلے کے قابل ہے، جس میں مؤثر طریقے سے مواد کی خصوصیات اور سختی کو کم کیا جا سکتا ہے۔ رگڑ گتانک
(6) دیگر کھوٹ لباس مزاحم کوٹنگ پرت
کچھ الائے لباس مزاحم کوٹنگز کو گیئرز پر بھی لگانے کی کوشش کی گئی ہے، مثال کے طور پر، 45# سٹیل گیئرز کی دانتوں کی سطح پر Ni-P-Co الائے پرت کا جمع الٹرا فائن گرین آرگنائزیشن حاصل کرنے کے لیے ایک الائے لیئر ہے، جو زندگی کو 1.144~1.533 گنا تک بڑھا سکتی ہے۔ یہ بھی مطالعہ کیا گیا ہے کہ Cu-Cr-P الائے کاسٹ آئرن گیئر کی مضبوطی کو بہتر بنانے کے لیے دانتوں کی سطح پر Cu دھات کی تہہ اور Ni-W الائے کوٹنگ لگائی جاتی ہے۔ HT250 کاسٹ آئرن گیئر کے دانتوں کی سطح پر Ni-W اور Ni-Co الائے کوٹنگ لگائی جاتی ہے تاکہ پہننے کی مزاحمت کو بغیر کوٹڈ گیئر کے مقابلے میں 4~6 گنا بہتر بنایا جا سکے۔
پوسٹ ٹائم: نومبر-07-2022