Փոխանցման ծածկույթի տեխնոլոգիա

PVD նստեցման տեխնոլոգիան երկար տարիներ կիրառվել է որպես մակերևույթի փոփոխման նոր տեխնոլոգիա, հատկապես վակուումային իոնային ծածկույթի տեխնոլոգիա, որը վերջին տարիներին մեծ զարգացում է ստացել և այժմ լայնորեն օգտագործվում է գործիքների, կաղապարների, մխոցների օղակների, շարժակների և այլ բաղադրիչների բուժման մեջ: .Վակուումային իոնային ծածկույթի տեխնոլոգիայով պատրաստված պատված փոխանցումները կարող են զգալիորեն նվազեցնել շփման գործակիցը, բարելավել հակամաշվածությունը և որոշակի հակակոռոզիոն, և դարձել են հանդերձանքի մակերեսի ամրապնդման տեխնոլոգիայի ոլորտում հետազոտությունների կիզակետն ու թեժ կետը:

Փոխանցումների համար օգտագործվող սովորական նյութերն են հիմնականում դարբնոցային պողպատը, չուգուն պողպատը, չուգունը, գունավոր մետաղները (պղինձ, ալյումին) և պլաստմասսա:Պողպատը հիմնականում 45 պողպատ է, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl:Ցածր ածխածնային պողպատը հիմնականում օգտագործվում է 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo:Դարբնոցային պողպատն ավելի լայնորեն օգտագործվում է շարժակների մեջ՝ իր ավելի լավ կատարողականության պատճառով, մինչդեռ ձուլածո պողպատը սովորաբար օգտագործվում է ավելի քան 400 մմ տրամագծով և բարդ կառուցվածքով հանդերձներ արտադրելու համար:Չուգունի շարժակների հակասոսնձման և փոսային դիմադրություն, բայց ազդեցության և մաշվածության դիմադրության բացակայությունը, հիմնականում կայուն աշխատանքի համար, հզորությունը ցածր արագությամբ կամ մեծ չափերով և բարդ ձևով չէ, կարող է աշխատել քսման բացակայության պայմաններում, հարմար է բաց: փոխանցում.Գունավոր մետաղները սովորաբար օգտագործվում են անագ բրոնզը, ալյումին-երկաթի բրոնզը և ձուլման ալյումինի համաձուլվածքը, որոնք սովորաբար օգտագործվում են տուրբինների կամ շարժակների արտադրության մեջ, սակայն սահող և հակաշփման հատկությունները վատ են, միայն թեթև, միջին ծանրաբեռնվածության և ցածր արագության համար։ շարժակների.Ոչ մետաղական նյութերից շարժակներ հիմնականում օգտագործվում են հատուկ պահանջներով որոշ ոլորտներում, ինչպիսիք են յուղազերծ քսումը և բարձր հուսալիությունը:Պայմանների ոլորտ, ինչպիսիք են ցածր աղտոտվածությունը, ինչպիսիք են կենցաղային տեխնիկան, բժշկական սարքավորումները, սննդի մեքենաները և տեքստիլ մեքենաները:

Փոխանցման ծածկույթի նյութեր

Ինժեներական կերամիկական նյութերը չափազանց խոստումնալից նյութեր են բարձր ուժով և կարծրությամբ, հատկապես գերազանց ջերմակայունությամբ, ցածր ջերմային հաղորդունակությամբ և ջերմային ընդլայնմամբ, բարձր մաշվածության և օքսիդացման դիմադրությամբ:Բազմաթիվ ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ կերամիկական նյութերն իրենց էությամբ ջերմակայուն են և մետաղների վրա ցածր մաշվածություն ունեն:Հետևաբար, մաշվածության դիմացկուն մասերի համար մետաղական նյութերի փոխարեն կերամիկական նյութերի օգտագործումը կարող է բարելավել շփման ենթակառուցվածքի կյանքը, կարող է բավարարել որոշ բարձր ջերմաստիճանի և մաշվածության դիմացկուն նյութեր, բազմաֆունկցիոնալ և այլ կոշտ պահանջներ:Ներկայումս ինժեներական կերամիկական նյութերը օգտագործվում են շարժիչի ջերմակայուն մասերի, մաշված մասերի մեխանիկական փոխանցման, կոռոզիոն դիմացկուն մասերի և կնքման մասերի քիմիական սարքավորումների արտադրության մեջ, ինչը ավելի ու ավելի է ցույց տալիս կերամիկական նյութերի լայն կիրառման հեռանկարները:

Զարգացած երկրները, ինչպիսիք են Գերմանիան, Ճապոնիան, Միացյալ Նահանգները, Միացյալ Թագավորությունը և այլ երկրներ, մեծ նշանակություն են տալիս ինժեներական կերամիկական նյութերի մշակմանը և կիրառմանը, մեծ գումարներ և աշխատուժ ներդնելով ինժեներական կերամիկայի վերամշակման տեսության և տեխնոլոգիայի զարգացման համար:Գերմանիան գործարկել է «SFB442» կոչվող ծրագիրը, որի նպատակն է օգտագործել PVD տեխնոլոգիան՝ սինթեզել համապատասխան թաղանթ մասերի մակերեսին, որպեսզի փոխարինի շրջակա միջավայրի և մարդու մարմնի համար պոտենցիալ վնասակար քսանյութը:PW Gold-ը և մյուսները Գերմանիայում օգտագործեցին SFB442-ի ֆինանսավորումը PVD տեխնոլոգիան կիրառելու համար՝ բարակ թաղանթներ գլանող առանցքակալների մակերևույթին տեղադրելու համար և պարզեցին, որ շարժակազմի առանցքակալների մաշվածության դեմ արդյունավետությունը զգալիորեն բարելավվել է, և մակերեսի վրա դրված թաղանթները կարող են ամբողջությամբ փոխարինել ծայրահեղ ճնշման հակամաշվածության հավելումների գործառույթ:Յոահիմը, Ֆրանցը և այլք:Գերմանիայում օգտագործեցին PVD տեխնոլոգիան WC/C թաղանթներ պատրաստելու համար, որոնք ցուցադրում էին գերազանց հակահոգնածության հատկություններ, ավելի բարձր, քան EP հավելումներ պարունակող քսանյութերը, ինչը նմանապես տալիս է վնասակար հավելումները ծածկույթներով փոխարինելու հնարավորություն:E. Lugscheider et al.Գերմանիայի Աախենի Տեխնիկական համալսարանի Նյութերագիտության ինստիտուտը, DFG-ի (Գերմանական հետազոտությունների հանձնաժողով) ֆինանսավորմամբ, ցույց տվեց հոգնածության դիմադրության զգալի աճ PVD տեխնոլոգիայի կիրառմամբ 100Cr6 պողպատի վրա համապատասխան թաղանթներ դնելուց հետո:Ի լրումն, Միացյալ Նահանգների General Motors-ը սկսել է իր VolvoS80Turbo տիպի ավտոմեքենայի հանդերձանքի մակերևույթի նստեցման ֆիլմը՝ բարելավելու հոգնածության փոսերի դիմադրությունը:հանրահայտ Timken ընկերությունը թողարկել է ES200 հանդերձանքի մակերեսային ֆիլմի անվանումը.գրանցված ապրանքային նշանի MAXIT հանդերձանքի ծածկույթը հայտնվել է Գերմանիայում.գրանցված ապրանքանիշի Graphit-iC և Dymon-iC համապատասխանաբար Gear ծածկույթները գրանցված ապրանքային նշաններով Graphit-iC և Dymon-iC հասանելի են նաև Մեծ Բրիտանիայում:

Որպես մեխանիկական փոխանցման տուփի կարևոր պահեստամաս, փոխանցումները կարևոր դեր են խաղում արդյունաբերության մեջ, ուստի շատ կարևոր գործնական նշանակություն ունի շարժակների վրա կերամիկական նյութերի կիրառման ուսումնասիրությունը:Ներկայումս շարժակների վրա կիրառվող ինժեներական կերամիկան հիմնականում հետևյալն է.

1, TiN ծածկույթի շերտ
1, TiN

Իոնային ծածկույթ TiN կերամիկական շերտը ամենաշատ օգտագործվող մակերեսային ձևափոխված ծածկույթներից մեկն է, որն ունի բարձր կարծրություն, բարձր կպչուն ուժ, ցածր շփման գործակից, լավ կոռոզիոն դիմադրություն և այլն: Այն լայնորեն օգտագործվում է տարբեր ոլորտներում, հատկապես գործիքների և կաղապարների արդյունաբերության մեջ:Փոխանցումների վրա կերամիկական ծածկույթի կիրառման վրա ազդող հիմնական պատճառը կերամիկական ծածկույթի և հիմքի միջև կապի խնդիրն է:Քանի որ շարժակների աշխատանքային պայմանները և ազդող գործոնները շատ ավելի բարդ են, քան գործիքների և կաղապարների, մեկ TiN ծածկույթի կիրառումը հանդերձանքի մակերեսի մշակման վրա խիստ սահմանափակ է:Չնայած կերամիկական ծածկույթն ունի բարձր կարծրության, շփման ցածր գործակից և կոռոզիոն դիմադրության առավելությունները, այն փխրուն է և դժվար է ավելի հաստ ծածկույթ ստանալ, ուստի անհրաժեշտ է բարձր կարծրություն և բարձր ամրության ենթաշերտ՝ ծածկույթը պաշտպանելու համար, որպեսզի կարողանա խաղալ իր բնութագրերը:Հետևաբար, կերամիկական ծածկույթը հիմնականում օգտագործվում է կարբիդի և բարձր արագությամբ պողպատե մակերեսի համար:Փոխանցման նյութը փափուկ է կերամիկական նյութի համեմատ, և հիմքի և ծածկույթի բնույթի տարբերությունը մեծ է, ուստի ծածկույթի և ենթաշերտի համադրությունը վատ է, և ծածկույթը բավարար չէ ծածկույթը պահելու համար, ծածկույթը հեշտ է ընկնել օգտագործման գործընթացում, ոչ միայն չի կարող խաղալ կերամիկական ծածկույթի առավելությունները, այլև թափվող կերամիկական ծածկույթի մասնիկները կհանգեցնեն հանդերձում հղկող մաշվածության՝ արագացնելով հանդերձի մաշվածության կորուստը:Ներկայիս լուծումը կերամիկայի և հիմքի միջև կապը բարելավելու համար կոմպոզիտային մակերեսային մշակման տեխնոլոգիան օգտագործելն է:Կոմպոզիտային մակերևույթի մշակման տեխնոլոգիան վերաբերում է ֆիզիկական գոլորշիների նստեցման ծածկույթի և մակերևութային մշակման այլ պրոցեսների կամ ծածկույթների համակցմանը, օգտագործելով երկու առանձին մակերեսներ/ենթամակերևույթներ՝ հիմքի նյութի մակերևույթը փոփոխելու համար՝ կոմպոզիտային մեխանիկական հատկություններ ձեռք բերելու համար, որոնք հնարավոր չէ հասնել մեկ մակերեսի մշակման գործընթացով։ .TiN կոմպոզիտային ծածկույթը, որը դրված է իոնային ազոտավորման և PVD-ի միջոցով, ամենաշատ ուսումնասիրված կոմպոզիտային ծածկույթներից մեկն է:Պլազմայի ազոտային ենթաշերտը և TiN կերամիկական կոմպոզիտային ծածկույթը ամուր կապ ունեն և զգալիորեն բարելավվում է մաշվածության դիմադրությունը:

TiN թաղանթի շերտի օպտիմալ հաստությունը գերազանց մաշվածության դիմադրությամբ և ֆիլմի հիմքի միացումով մոտ 3~4 մկմ է:Եթե ​​ֆիլմի շերտի հաստությունը 2 մկմ-ից պակաս է, ապա մաշվածության դիմադրությունը զգալիորեն չի բարելավվի:Եթե ​​թաղանթի շերտի հաստությունը 5 մկմ-ից ավելի է, ապա ֆիլմի հիմքի կապը կնվազի:

2, Բազմաշերտ, բազմաբաղադրիչ TiN ծածկույթ

TiN ծածկույթների աստիճանական և համատարած կիրառմամբ ավելի ու ավելի շատ հետազոտություններ են կատարվում, թե ինչպես բարելավել և կատարելագործել TiN ծածկույթները:Վերջին տարիներին բազմաբաղադրիչ ծածկույթներ և բազմաշերտ ծածկույթներ են մշակվել երկուական TiN ծածկույթների հիման վրա, ինչպիսիք են Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN: /Al2O3 և այլն: TiN ծածկույթներին ավելացնելով այնպիսի տարրեր, ինչպիսիք են Al և Si, բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացման և ծածկույթների կարծրության դիմադրությունը կարող է բարելավվել, մինչդեռ B-ի նման տարրեր ավելացնելը կարող է բարելավել ծածկույթների կարծրությունը և կպչունությունը:

Բազմաբաղադրիչ կազմի բարդության պատճառով այս ուսումնասիրության մեջ կան բազմաթիվ հակասություններ:(Tix,Cr1-x)N բազմաբաղադրիչ ծածկույթների ուսումնասիրության մեջ մեծ հակասություն կա հետազոտության արդյունքներում։Որոշ մարդիկ կարծում են, որ (Tix,Cr1-x)N ծածկույթները հիմնված են TiN-ի վրա, և Cr-ը կարող է գոյություն ունենալ միայն փոխարինող պինդ լուծույթի տեսքով TiN կետային մատրիցայում, բայց ոչ որպես առանձին CrN փուլ:Այլ ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ Cr-ի ատոմների թիվը, որոնք ուղղակիորեն փոխարինում են Ti ատոմներին (Tix,Cr1-x)N ծածկույթներում սահմանափակ է, իսկ մնացած Cr-ը գոյություն ունի միաձույլ վիճակում կամ միացություններ է կազմում N-ով: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ Cr-ի ավելացումը դեպի ծածկույթը նվազեցնում է մակերևույթի մասնիկների չափը և մեծացնում կարծրությունը, իսկ ծածկույթի կարծրությունը հասնում է իր ամենաբարձր արժեքին, երբ Cr-ի զանգվածային տոկոսը հասնում է 3լ%, բայց ծածկույթի ներքին լարվածությունը նույնպես հասնում է իր առավելագույն արժեքին:

3. Այլ ծածկույթի շերտ

Ի լրումն ընդհանուր օգտագործվող TiN ծածկույթների, շատ տարբեր ինժեներական կերամիկա օգտագործվում են հանդերձանքի մակերեսի ամրացման համար:

(1) Յ.Terauchi et al.Ճապոնիան ուսումնասիրել է գոլորշիների նստեցման մեթոդով նստեցված տիտանի կարբիդի կամ տիտանի նիտրիդի կերամիկական շարժակների շփման դիմադրությունը:Անցանցները կարբյուրացվել և փայլեցվել են՝ հասնելու համար մոտավորապես HV720 մակերևույթի կարծրության և 2,4 մկմ մակերեսի կոշտության, իսկ կերամիկական ծածկույթները պատրաստվել են քիմիական գոլորշիների նստեցմամբ (CVD) տիտանի կարբիդի համար և ֆիզիկական գոլորշիների նստեցմամբ (PVD) տիտանի նիտրիդ՝ մոտ 2 մկմ կերամիկական թաղանթի հաստությամբ։Շփման մաշվածության հատկությունները հետազոտվել են համապատասխանաբար յուղի և չոր շփման առկայության դեպքում:Պարզվել է, որ կերամիկական ծածկույթով երեսպատելուց հետո հանդերձանքի փոխարկիչի լեղապարկ դիմադրությունը և քերծվածքային դիմադրությունը զգալիորեն մեծացել են:

(2) Քիմիապես պատված Ni-P-ի և TiN-ի կոմպոզիտային ծածկույթը պատրաստվել է՝ որպես անցումային շերտ Ni-P-ն նախապես ծածկելով, այնուհետև TiN-ը նստեցնելով:Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ այս կոմպոզիտային ծածկույթի մակերեսային կարծրությունը որոշ չափով բարելավվել է, և ծածկույթն ավելի լավ է կապվում ենթաշերտի հետ և ունի ավելի լավ մաշվածության դիմադրություն:

(3) WC/C, B4C բարակ թաղանթ
M. Murakawa et al., Ճապոնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի մեխանիկական ճարտարագիտության բաժինը, PVD տեխնոլոգիան օգտագործել է WC/C բարակ թաղանթ տեղափոխելու շարժակների մակերևույթին, և դրա ծառայության ժամկետը երեք անգամ գերազանցել է սովորական մարած և գետնին փոխանցվող մեխանիզմներին նավթի տակ: անվճար քսելու պայմաններ.Ֆրանց Ջ և այլք:օգտագործեց PVD տեխնոլոգիան WC/C և B4C բարակ թաղանթ տեղադրելու համար FEZ-A և FEZ-C շարժակների մակերեսին, և փորձը ցույց տվեց, որ PVD ծածկույթը զգալիորեն նվազեցնում է հանդերձում շփումը, դարձնում հանդերձանքը ավելի քիչ ենթակա տաք սոսնձման կամ սոսնձման, և բարելավեց հանդերձանքի կրող հզորությունը:

(4) CrN ֆիլմեր
CrN թաղանթները նման են TiN թաղանթներին, քանի որ նրանք ունեն ավելի բարձր կարծրություն, և CrN թաղանթները ավելի դիմացկուն են բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացմանը, քան TiN-ը, ունեն ավելի լավ կոռոզիոն դիմադրություն, ավելի ցածր ներքին սթրես, քան TiN թաղանթները և համեմատաբար ավելի լավ ամրություն:Չեն Լինգը և պատրաստեց մաշման դիմացկուն TiAlCrN/CrN կոմպոզիտային թաղանթ՝ HSS-ի մակերևույթի վրա թաղանթի վրա հիմնված գերազանց կապով, ինչպես նաև առաջարկեց բազմաշերտ թաղանթի դիսլոկացիայի կուտակման տեսությունը, եթե երկու շերտերի միջև տեղահանման էներգիայի տարբերությունը մեծ է, ապա տեղահանումը տեղի կունենա: մի շերտում դժվար կլինի անցնել դրա միջերեսը մյուս շերտի մեջ, այդպիսով ձևավորելով տեղահանումը, որը կուտակվում է միջերեսի վրա և խաղալով նյութի ամրացման դերը:Zhong Bin et-ն ուսումնասիրել է ազոտի պարունակության ազդեցությունը CrNx թաղանթների ֆազային կառուցվածքի և շփման մաշվածության հատկությունների վրա, և ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ Cr2N (211) դիֆրակցիոն գագաթնակետը թաղանթներում աստիճանաբար թուլացել է, իսկ CrN (220) գագաթն աստիճանաբար մեծացել է աճի հետ։ N2 պարունակությամբ, թաղանթի մակերեսի խոշոր մասնիկները աստիճանաբար նվազում էին, և մակերեսը հակված էր հարթ լինելու:Երբ N2 օդափոխությունը 25 մլ/րոպե էր (նպատակային աղբյուրի աղեղային հոսանքը 75 Ա էր, ապա կուտակված CrN թաղանթն ունի լավ մակերեսային որակ, լավ կարծրություն և գերազանց մաշվածության դիմադրություն, երբ N2 օդափոխությունը 25 մլ/րոպե է (նպատակային աղբյուրի աղեղային հոսանքը 75 Ա է, բացասական: ճնշումը 100 Վ):

(5) Գերծանր ֆիլմ
Գերկարծր ֆիլմը պինդ թաղանթն է՝ 40GPa-ից ավելի կարծրությամբ, գերազանց մաշվածության դիմադրություն, բարձր ջերմաստիճանի դիմադրություն և շփման ցածր գործակից և ցածր ջերմային ընդլայնման գործակից, հիմնականում ամորֆ ադամանդի թաղանթ և CN թաղանթ:Ամորֆ ադամանդի թաղանթները ունեն ամորֆ հատկություններ, չունեն երկարաժամկետ պատվիրված կառուցվածք և պարունակում են մեծ թվով CC քառանիստ կապեր, ուստի դրանք կոչվում են նաև քառանիստ ամորֆ ածխածնային թաղանթներ։Որպես ամորֆ ածխածնային թաղանթ, ադամանդի նման ծածկույթը (DLC) ունի ադամանդի նման շատ հիանալի հատկություններ, ինչպիսիք են բարձր ջերմային հաղորդունակությունը, բարձր կարծրությունը, առաձգականության բարձր մոդուլը, ջերմային ընդարձակման ցածր գործակիցը, լավ քիմիական կայունությունը, լավ մաշվածության դիմադրությունը և ցածր շփման գործակից:Ապացուցված է, որ ադամանդի նմանվող թաղանթները հանդերձանքի մակերեսների վրա կարող են երկարացնել ծառայության ժամկետը 6 անգամ և զգալիորեն բարելավել հոգնածության դիմադրությունը:CN թաղանթները, որոնք նաև հայտնի են որպես ամորֆ ածխածնային-ազոտային թաղանթներ, ունեն բյուրեղային կառուցվածք, որը նման է β-Si3N4 կովալենտային միացություններին և հայտնի են նաև որպես β-C3N4:Լիուն և Քոհենը և այլք:կատարել է խիստ տեսական հաշվարկներ՝ օգտագործելով կեղծ պոտենցիալ գոտու հաշվարկները առաջին բնության սկզբունքից, հաստատել է, որ β-C3N4-ն ունի մեծ կապող էներգիա, կայուն մեխանիկական կառուցվածք, կարող է գոյություն ունենալ առնվազն մեկ ենթակայուն վիճակ, և նրա առաձգական մոդուլը համեմատելի է ադամանդի հետ, լավ հատկություններով, որոնք կարող են արդյունավետորեն բարելավել նյութի մակերեսային կարծրությունը և մաշվածության դիմադրությունը և նվազեցնել շփման գործակիցը:

(6) Ալյումինե մաշվածության դիմացկուն ծածկույթի այլ շերտ
Որոշ համաձուլվածքների մաշվածության դիմացկուն ծածկույթներ փորձարկվել են կիրառել նաև շարժակների վրա, օրինակ՝ 45# պողպատե շարժակների ատամի մակերեսի վրա Ni-P-Co խառնուրդի շերտի նստեցումը համաձուլվածքի շերտ է, որը ձեռք է բերում չափազանց նուրբ հացահատիկի կազմակերպում: որը կարող է երկարացնել կյանքը մինչև 1,144~1,533 անգամ:Ուսումնասիրվել է նաև, որ Cu-Cr-P համաձուլվածքով չուգուն հանդերձանքի ատամի մակերեսի վրա կիրառվում են Cu մետաղական շերտը և Ni-W համաձուլվածքի ծածկը՝ դրա ամրությունը բարելավելու համար;Ni-W և Ni-Co խառնուրդի ծածկույթը կիրառվում է HT250 թուջե հանդերձանքի ատամի մակերեսի վրա՝ մաշվածության դիմադրությունը 4-6 անգամ բարելավելու համար՝ համեմատած չծածկված հանդերձանքի հետ: