Tishli qoplama texnologiyasi

PVD yotqizish texnologiyasi ko'p yillar davomida yangi sirtni o'zgartirish texnologiyasi, ayniqsa so'nggi yillarda katta rivojlanishga erishgan va hozirda asboblar, qoliplar, piston halqalari, viteslar va boshqa komponentlarni davolashda keng qo'llaniladigan vakuumli ion qoplama texnologiyasi sifatida qo'llanilgan. .Vakuumli ionli qoplama texnologiyasi bilan tayyorlangan qoplangan viteslar ishqalanish koeffitsientini sezilarli darajada kamaytirishi, aşınmaya qarshi va ma'lum korroziyaga qarshi xususiyatlarini yaxshilashi mumkin va tishli sirtni mustahkamlash texnologiyasi sohasidagi tadqiqotlarning diqqat markaziga va issiq nuqtasiga aylandi.

Tishli viteslar uchun ishlatiladigan keng tarqalgan materiallar asosan zarb qilingan po'lat, quyma po'lat, quyma temir, rangli metallar (mis, alyuminiy) va plastmassalardan iborat.Chelik, asosan, 45 po'lat, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Past karbonli po'lat asosan 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo da ishlatiladi.Soxta po'latdan yaxshi ishlashi tufayli viteslarda keng qo'llaniladi, quyma po'latdan esa odatda diametri > 400 mm va murakkab tuzilishga ega bo'lgan tishli qutilarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.Quyma temir viteslar elim va chuqurlikka qarshi chidamlilik, lekin zarba va aşınma qarshilikning yo'qligi, asosan barqaror ishlash uchun, quvvat past tezlikda yoki katta o'lchamli va murakkab shaklda emas, soqol yo'qligi sharoitida ishlashi mumkin, ochiq yuqish.Ko'pincha ishlatiladigan rangli metallar qalay bronza, alyuminiy-temir bronza va quyma alyuminiy qotishmasi bo'lib, odatda turbinalar yoki vites ishlab chiqarishda ishlatiladi, lekin toymasin va ishqalanishga qarshi xususiyatlar zaif, faqat engil, o'rta yuk va past tezlikda. viteslar.Metall bo'lmagan tishli viteslar asosan yog'siz moylash va yuqori ishonchlilik kabi maxsus talablarga ega bo'lgan ba'zi sohalarda qo'llaniladi.Maishiy texnika, tibbiy asbob-uskunalar, oziq-ovqat mashinalari va to'qimachilik mashinalari kabi past ifloslanish kabi sharoitlar sohasi.

Tishli qoplama materiallari

Muhandislik keramika materiallari yuqori quvvat va qattiqlik, ayniqsa mukammal issiqlikka chidamlilik, past issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik kengayish, yuqori aşınma qarshilik va oksidlanishga chidamliligi bilan juda istiqbolli materiallardir.Ko'pgina tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, keramika materiallari tabiiy ravishda issiqlikka chidamli va metallarga nisbatan kam aşınmaya ega.Shuning uchun, aşınmaya bardoshli qismlar uchun metall materiallar o'rniga keramika materiallaridan foydalanish ishqalanish pastki qismining ishlash muddatini yaxshilashi mumkin, yuqori harorat va yuqori aşınmaya bardoshli materiallarning bir qismiga, ko'p funktsiyali va boshqa qattiq talablarga javob berishi mumkin.Hozirgi vaqtda muhandislik keramika materiallari dvigatelning issiqlikka chidamli qismlarini ishlab chiqarishda, aşınma qismlarida mexanik uzatishda, korroziyaga chidamli qismlarda kimyoviy uskunalar va muhrlangan qismlarda qo'llanilmoqda, bu esa keramik materiallar istiqbollarini tobora keng qo'llashni ko'rsatmoqda.

Germaniya, Yaponiya, Amerika Qo'shma Shtatlari, Buyuk Britaniya va boshqa mamlakatlar kabi rivojlangan mamlakatlar muhandislik keramika materiallarini ishlab chiqish va qo'llashga katta ahamiyat berishadi, muhandislik keramikasini qayta ishlash nazariyasi va texnologiyasini rivojlantirish uchun ko'p pul va ishchi kuchini sarflaydilar.Germaniya "SFB442" deb nomlangan dasturni ishga tushirdi, uning maqsadi atrof-muhit va inson tanasi uchun potentsial zararli moylash vositasini almashtirish uchun qismlar yuzasida mos plyonka sintez qilish uchun PVD texnologiyasidan foydalanishdir.Germaniyadagi PW Gold va boshqalar SFB442 dan olingan mablag'dan PVD texnologiyasini prokat rulmanlari yuzasiga yupqa plyonkalarni joylashtirish uchun ishlatishdi va rulmanlarning aşınmaya qarshi ishlashi sezilarli darajada yaxshilanganligini va sirtda yotqizilgan plyonkalarni butunlay almashtirishi mumkinligini aniqladilar. haddan tashqari bosimga qarshi aşınmaya qarshi qo'shimchalar funktsiyasi.Yoaxim, Frans va boshqalar.Germaniyada PVD texnologiyasidan WC/C plyonkalarini tayyorlash uchun mukammal charchoqqa qarshi xususiyatlarga ega, EP qo'shimchalarini o'z ichiga olgan moylash materiallaridan yuqori, natijada zararli qo'shimchalarni qoplamalar bilan almashtirish imkoniyati mavjud.E. Lugscheider va boshqalar.Germaniyaning Axen Texnik Universitetining Materialshunoslik instituti DFG (Germaniya tadqiqot komissiyasi) tomonidan moliyalashtirilgan holda, PVD texnologiyasidan foydalangan holda 100Cr6 po'latiga tegishli plyonkalarni yotqizishdan keyin charchoqqa chidamlilikning sezilarli darajada oshishini ko'rsatdi.Bundan tashqari, Amerika Qo'shma Shtatlari General Motors charchoqqa chidamliligini yaxshilash uchun VolvoS80Turbo tipidagi avtomobil tishli sirtini yotqizish plyonkasini boshladi;mashhur Timken kompaniyasi ES200 tishli sirt plyonkasi nomini ishga tushirdi;ro'yxatdan o'tgan savdo belgisi MAXIT tishli qoplama Germaniyada paydo bo'ldi;ro'yxatga olingan savdo belgisi Graphit-iC va Dymon-iC mos ravishda Graphit-iC va Dymon-iC ro'yxatga olingan savdo belgilariga ega Gear qoplamalari Buyuk Britaniyada ham mavjud.

Mexanik uzatishning muhim ehtiyot qismlari sifatida tishli mexanizmlar sanoatda muhim o'rin tutadi, shuning uchun keramik materiallarni viteslarda qo'llashni o'rganish juda muhim amaliy ahamiyatga ega.Hozirgi vaqtda viteslarga qo'llaniladigan muhandislik keramikasi asosan quyidagilardir.

1, TiN qoplama qatlami
1、TiN

Ion qoplamasi TiN keramik qatlami yuqori qattiqlik, yuqori yopishqoqlik kuchi, past ishqalanish koeffitsienti, yaxshi korroziyaga chidamlilik va boshqalar bilan eng ko'p ishlatiladigan sirt o'zgartirilgan qoplamalardan biridir. U turli sohalarda, ayniqsa asbob va qolib sanoatida keng qo'llanilgan.Tishli viteslarga keramik qoplamani qo'llashga ta'sir qiluvchi asosiy sabab keramik qoplama va substrat o'rtasidagi bog'lanish muammosidir.Tishli mexanizmlarning ish sharoitlari va ta'sir etuvchi omillari asboblar va qoliplarga qaraganda ancha murakkab bo'lganligi sababli, tishli sirtni qayta ishlashda bitta TiN qoplamasini qo'llash juda cheklangan.Seramika qoplamasi yuqori qattiqlik, past ishqalanish koeffitsienti va korroziyaga chidamlilik afzalliklariga ega bo'lsa-da, u mo'rt va qalinroq qoplamani olish qiyin, shuning uchun uning xususiyatlarini o'ynash uchun qoplamani qo'llab-quvvatlash uchun yuqori qattiqlik va yuqori quvvatli substrat kerak.Shuning uchun keramik qoplama ko'pincha karbid va yuqori tezlikda po'latdan yasalgan sirt uchun ishlatiladi.Tishli material seramika materialiga nisbatan yumshoq va substrat va qoplamaning tabiati o'rtasidagi farq katta, shuning uchun qoplama va substratning kombinatsiyasi yomon va qoplama qoplamani qo'llab-quvvatlash uchun etarli emas. qo'llash jarayonida qoplamaning yiqilishi oson, nafaqat keramik qoplamaning afzalliklarini o'ynay olmaydi, balki yiqilib tushadigan keramik qoplama zarralari vitesning abraziv aşınmasına olib keladi, bu esa vitesning aşınma yo'qotilishini tezlashtiradi.Hozirgi yechim keramika va substrat o'rtasidagi aloqani yaxshilash uchun kompozit sirtni tozalash texnologiyasidan foydalanishdir.Kompozit sirtni qayta ishlash texnologiyasi, bitta sirtni qayta ishlash jarayoni bilan erishib bo'lmaydigan kompozit mexanik xususiyatlarni olish uchun substrat materialining sirtini o'zgartirish uchun ikkita alohida sirt / er osti qatlamidan foydalangan holda jismoniy bug 'cho'kma qoplamasi va boshqa sirt ishlov berish jarayonlari yoki qoplamalarining kombinatsiyasini anglatadi. .Ion nitridlash va PVD bilan biriktirilgan TiN kompozit qoplamasi eng ko'p o'rganilgan kompozitsion qoplamalardan biridir.Plazma nitridlovchi substrat va TiN seramika kompozit qoplamasi kuchli bog'lanishga ega va aşınma qarshiligi sezilarli darajada yaxshilanadi.

Ajoyib aşınmaya bardoshli va plyonka asosini bog'laydigan TiN plyonka qatlamining optimal qalinligi taxminan 3 ~ 4 mikronni tashkil qiladi.Agar plyonka qatlamining qalinligi 2 mm dan kam bo'lsa, aşınma qarshiligi sezilarli darajada yaxshilanmaydi.Agar plyonka qatlamining qalinligi 5 mm dan ortiq bo'lsa, plyonka asosini bog'lash kamayadi.

2, Ko'p qatlamli, ko'p komponentli TiN qoplamasi

TiN qoplamalarining bosqichma-bosqich va keng qo'llanilishi bilan TiN qoplamalarini yaxshilash va yaxshilash bo'yicha ko'proq tadqiqotlar olib borilmoqda.So'nggi yillarda Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN kabi binar TiN qoplamalari asosida ko'p komponentli qoplamalar va ko'p qatlamli qoplamalar ishlab chiqildi. /Al2O3 va boshqalar. TiN qoplamalariga Al va Si kabi elementlarni qo'shish orqali qoplamalarning yuqori haroratli oksidlanishga chidamliligi va qattiqligini yaxshilash mumkin, B kabi elementlarni qo'shish esa qoplamalarning qattiqligi va yopishish kuchini oshirishi mumkin.

Ko'p komponentli kompozitsiyaning murakkabligi tufayli ushbu tadqiqotda ko'plab qarama-qarshiliklar mavjud.(Tix,Cr1-x)N ko'p komponentli qoplamalarni o'rganishda tadqiqot natijalarida katta tortishuvlar mavjud.Ba'zi odamlar (Tix,Cr1-x)N qoplamalari TiN ga asoslangan deb hisoblashadi va Cr faqat TiN nuqta matritsasidagi o'rnini bosuvchi qattiq eritma shaklida mavjud bo'lishi mumkin, lekin alohida CrN fazasi sifatida emas.Boshqa tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, (Tix,Cr1-x)N qoplamalarida to'g'ridan-to'g'ri Ti atomlari o'rnini bosuvchi Cr atomlari soni cheklangan va qolgan Cr yagona holatda mavjud yoki N bilan birikmalar hosil qiladi. Eksperimental natijalar Cr qo'shilishini ko'rsatadi. qoplamaga sirt zarrachalarining hajmini kamaytiradi va qattiqlikni oshiradi va Cr ning massa ulushi 3l% ga etganida qoplamaning qattiqligi eng yuqori qiymatga etadi, lekin qoplamaning ichki kuchlanishi ham maksimal qiymatga etadi.

3, Boshqa qoplama qatlami

Tez-tez ishlatiladigan TiN qoplamalariga qo'shimcha ravishda, tishli sirtni mustahkamlash uchun ko'plab turli muhandislik keramikalari qo'llaniladi.

(1)Y.Terauchi va boshqalar.Yaponiya kompaniyasi bug 'cho'ktirish usuli bilan yotqizilgan titanium karbid yoki titanium nitridi sopol tishli ishqalanish aşınmasına qarshilikni o'rgandi.Qoplashdan oldin taxminan HV720 sirt qattiqligiga va 2,4 mkm sirt pürüzlülüğüne erishish uchun tishli viteslar karbürize qilingan va sayqallangan va keramik qoplamalar titan karbid uchun kimyoviy bug 'cho'ktirish (CVD) va jismoniy bug'ni cho'ktirish (PVD) orqali tayyorlangan. titanium nitridi, keramik plyonka qalinligi taxminan 2 mkm.Ishqalanishning aşınma xususiyatlari mos ravishda yog 'va quruq ishqalanish mavjudligida tekshirildi.Ma'lum bo'lishicha, tishli vitesning o'tga chidamliligi va tirnalishga chidamliligi keramika bilan qoplanganidan keyin sezilarli darajada yaxshilangan.

(2) Kimyoviy qoplangan Ni-P va TiN ning kompozit qoplamasi Ni-Pni o'tish qatlami sifatida oldindan qoplash va keyin TiNni yotqizish orqali tayyorlangan.Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, ushbu kompozit qoplamaning sirt qattiqligi ma'lum darajada yaxshilangan va qoplama substrat bilan yaxshiroq bog'langan va yaxshi aşınma qarshilikka ega.

(3) WC/C, B4C yupqa plyonka
M. Murakawa va boshqalar, Yaponiya Texnologiya Institutining Mashinasozlik bo'limi, PVD texnologiyasidan WC/C yupqa plyonkani tishli g'ildiraklar yuzasiga joylashtirish uchun ishlatgan va uning ishlash muddati moy ostida oddiy söndürülmüş va tuproqli uzatmalarga qaraganda uch baravar ko'p bo'lgan. bepul moylash shartlari.Franz J va boshqalar.PVD texnologiyasidan WC/C va B4C yupqa plyonkalarni FEZ-A va FEZ-C viteslari yuzasiga yotqizish uchun foydalanilgan va tajriba shuni ko'rsatdiki, PVD qoplamasi tishli ishqalanishni sezilarli darajada kamaytirdi, vitesni issiq yopishtirish yoki yopishtirishga kamroq sezgir qildi; va vitesning yuk ko'tarish qobiliyati yaxshilandi.

(4) CrN plyonkalari
CrN plyonkalari TiN plyonkalariga o'xshaydi, chunki ular yuqori qattiqlikka ega va CrN plyonkalari TiN ga qaraganda yuqori haroratli oksidlanishga ko'proq chidamli, korroziyaga chidamliligi yaxshi, TiN plyonkalarga qaraganda kamroq ichki stress va nisbatan yaxshi pishiqlik.Chen Ling et HSS yuzasida mukammal plyonkali bog'lanishga ega bo'lgan aşınmaya bardoshli TiAlCrN / CrN kompozit plyonkasini tayyorladi, shuningdek, agar ikki qatlam orasidagi dislokatsiya energiyasi farqi katta bo'lsa, dislokatsiya sodir bo'ladigan ko'p qatlamli plyonkaning dislokatsiya stacking nazariyasini taklif qildi. bir qatlamda uning interfeysini boshqa qatlamga kesib o'tish qiyin bo'ladi, bu esa interfeysda dislokatsiyani hosil qiladi va materialni mustahkamlash rolini o'ynaydi.Zhong Bin et azot tarkibining CrNx plyonkalarining fazaviy tuzilishi va ishqalanish aşınma xususiyatlariga ta'sirini o'rganib chiqdi va tadqiqot shuni ko'rsatdiki, filmlardagi Cr2N (211) diffraktsiya cho'qqisi asta-sekin zaiflashgan va CrN (220) cho'qqisi o'sishi bilan asta-sekin kuchaygan. N2 tarkibidagi plyonka yuzasidagi yirik zarralar asta-sekin kamayib, sirt tekis bo'lishga intiladi.N2 aeratsiyasi 25 ml/min bo'lganida (maqsadli manba yoyi oqimi 75 A edi, N2 aeratsiyasi 25 ml/min bo'lsa, yotqizilgan CrN plyonkasi yaxshi sirt sifati, yaxshi qattiqlik va mukammal aşınma qarshilikka ega (maqsadli manba yoyi oqimi 75 A, salbiy), bosim 100V).

(5) Juda qattiq film
Superhard plyonka - bu qattiqligi 40GPa dan yuqori bo'lgan qattiq plyonka, mukammal aşınma qarshilik, yuqori harorat qarshiligi va past ishqalanish koeffitsienti va past termal kengayish koeffitsienti, asosan amorf olmos plyonkasi va CN plyonkasi.Amorf olmos plyonkalari amorf xususiyatlarga ega, uzoq masofali tartibli tuzilishga ega emas va ko'p miqdordagi CC tetraedral bog'larni o'z ichiga oladi, shuning uchun ularni tetraedral amorf uglerod plyonkalari deb ham ataladi.Bir turdagi amorf uglerod plyonkasi sifatida olmosga o'xshash qoplama (DLC) olmosga o'xshash ko'plab ajoyib xususiyatlarga ega, masalan, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori qattiqlik, yuqori elastik modul, past issiqlik kengayish koeffitsienti, yaxshi kimyoviy barqarorlik, yaxshi aşınma qarshilik va past ishqalanish koeffitsienti.Tishli yuzalarga olmosga o'xshash plyonkalarni qoplash xizmat muddatini 6 barobarga uzaytirishi va charchoqqa chidamliligini sezilarli darajada yaxshilashi ko'rsatilgan.Amorf uglerod-azot plyonkalari sifatida ham tanilgan CN plyonkalari b-Si3N4 kovalent birikmalariga o'xshash kristalli tuzilishga ega va b-C3N4 sifatida ham tanilgan.Liu va Koen va boshqalar.Birinchi tabiat printsipi bo'yicha psevdopotentsial tarmoqli hisoblaridan foydalangan holda qat'iy nazariy hisob-kitoblarni amalga oshirdi, b-C3N4 katta bog'lanish energiyasiga, barqaror mexanik tuzilishga ega ekanligini tasdiqladi, kamida bitta pastki barqaror holat mavjud bo'lishi mumkin va uning elastik moduli olmos bilan solishtirish mumkin, yaxshi xususiyatlarga ega, bu materialning sirt qattiqligi va aşınma qarshiligini samarali ravishda yaxshilash va ishqalanish koeffitsientini kamaytirishi mumkin.

(6) Boshqa qotishma aşınmaya bardoshli qoplama qatlami
Ba'zi qotishma aşınmaya bardoshli qoplamalar tishli viteslarga ham qo'llanilishiga harakat qilindi, masalan, Ni-P-Co qotishma qatlamining 45 # po'lat tishli tish yuzasiga cho'kishi ultra nozik donni tashkil qilish uchun qotishma qatlamidir, umrni 1,144 ~ 1,533 martagacha uzaytirishi mumkin.Bundan tashqari, Cu-Cr-P qotishma quyma temir tishli tish yuzasiga uning mustahkamligini yaxshilash uchun Cu metall qatlami va Ni-W qotishma qoplamasi qo'llanilishi o'rganildi;Ni-W va Ni-Co qotishma qoplamalari HT250 quyma temir tishli tish yuzasiga qo'llaniladi, bu qoplamasiz tishli bilan solishtirganda aşınma qarshiligini 4 ~ 6 baravar yaxshilaydi.