Тэхналогія пакрыцця зубчастых колаў

Тэхналогія нанясення PVD практыкуецца на працягу многіх гадоў як новая тэхналогія мадыфікацыі паверхні, асабліва тэхналогія вакуумнага іённага пакрыцця, якая атрымала вялікае развіццё ў апошнія гады і цяпер шырока выкарыстоўваецца для апрацоўкі інструментаў, прэс-формаў, поршневых кольцаў, шасцярняў і іншых кампанентаў. .Шасцярні з пакрыццём, падрыхтаваныя з дапамогай тэхналогіі вакуумнага іённага пакрыцця, могуць значна знізіць каэфіцыент трэння, палепшыць супрацьзносныя і некаторыя антыкаразійныя сродкі і сталі цэнтрам і гарачай кропкай даследаванняў у галіне тэхналогіі ўмацавання паверхні зубчастых колаў.

Агульныя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для зубчастых перадач, - гэта ў асноўным каваная сталь, літая сталь, чыгун, каляровыя металы (медзь, алюміній) і пластмасы.Сталь - гэта ў асноўным сталь 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Нізкавугляродзістая сталь у асноўным выкарыстоўваецца ў 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Кованая сталь больш шырока выкарыстоўваецца ў шасцярнях з-за яе лепшай прадукцыйнасці, у той час як літая сталь звычайна выкарыстоўваецца для вытворчасці шасцярняў дыяметрам > 400 мм і складанай канструкцыі.Чыгунныя шасцярні ўстойлівыя да клею і кропкавай устойлівасці, але адсутнасць ударатрываласці і зносаўстойлівасці, у асноўным для стабільнай працы, магутнасць не нізкая хуткасць або вялікі памер і складаная форма, можа працаваць пры ўмове адсутнасці змазкі, падыходзіць для адкрытых перадача.Звычайна выкарыстоўваюцца каляровыя металы: алавяная бронза, алюмініева-жалезная бронза і ліцейны алюмініевы сплаў, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў вытворчасці турбін і рэдуктараў, але ўласцівасці слізгацення і антыфрыкцыйныя ўласцівасці дрэнныя, толькі для лёгкіх, сярэдніх нагрузак і нізкіх хуткасцей. перадач.Шасцярні з неметалічных матэрыялаў у асноўным выкарыстоўваюцца ў некаторых галінах з асаблівымі патрабаваннямі, такімі як безмасляная змазка і высокая надзейнасць.Сфера ўмоў, такіх як нізкі ўзровень забруджвання, напрыклад, бытавая тэхніка, медыцынскае абсталяванне, харчовае і тэкстыльнае абсталяванне.

Матэрыялы пакрыцця перадач

Інжынерныя керамічныя матэрыялы - надзвычай перспектыўныя матэрыялы з высокай трываласцю і цвёрдасцю, асабліва выдатнай цеплаўстойлівасцю, нізкай цеплаправоднасцю і цеплавым пашырэннем, высокай зносаўстойлівасцю і ўстойлівасцю да акіслення.Вялікая колькасць даследаванняў паказала, што керамічныя матэрыялы па сваёй сутнасці тэрмаўстойлівыя і маюць нізкі знос металаў.Такім чынам, выкарыстанне керамічных матэрыялаў замест металічных матэрыялаў для зносастойкіх дэталяў можа павялічыць тэрмін службы фрыкцыйнага пераводніка, можа задаволіць некаторыя матэрыялы з высокай тэмпературай і высокай зносаўстойлівасцю, шматфункцыянальныя і іншыя жорсткія патрабаванні.У цяперашні час інжынерныя керамічныя матэрыялы выкарыстоўваюцца ў вытворчасці тэрмаўстойлівых дэталяў рухавікоў, механічных трансмісій у зношваемых дэталях, хімічнага абсталявання ў каразійна-ўстойлівых дэталях і ўшчыльняючых дэталях, усё часцей паказваюць перспектывы шырокага прымянення керамічных матэрыялаў.

Развітыя краіны, такія як Германія, Японія, ЗША, Вялікабрытанія і іншыя краіны, надаюць вялікае значэнне распрацоўцы і прымяненню інжынерных керамічных матэрыялаў, укладваючы шмат грошай і працоўнай сілы ў развіццё тэорыі апрацоўкі і тэхналогіі інжынернай керамікі.Германія запусціла праграму пад назвай «SFB442», мэтай якой з'яўляецца выкарыстанне тэхналогіі PVD для сінтэзу адпаведнай плёнкі на паверхні дэталяў для замены патэнцыйна шкоднай змазачнай асяроддзя для навакольнага асяроддзя і цела чалавека.PW Gold і іншыя ў Германіі выкарысталі фінансаванне SFB442 для прымянення тэхналогіі PVD для нанясення тонкіх плёнак на паверхні падшыпнікаў качэння і выявілі, што супрацьзносныя характарыстыкі падшыпнікаў качэння былі значна палепшаны, а плёнкі, нанесеныя на паверхню, могуць цалкам замяніць функцыя экстрэмальных ціскаў супрацьзносных прысадак.Ёахім, Франц і інш.у Германіі выкарыстоўвалі тэхналогію PVD для вырабу WC/C плёнак, якія дэманструюць выдатныя супрацьстамляльныя ўласцівасці, больш высокія, чым у змазачных матэрыялаў, якія змяшчаюць EP дадаткі, вынік, які гэтак жа дае магчымасць замены шкодных дабавак пакрыццямі.Э. Лугшайдэр і інш.Інстытута матэрыялазнаўства Тэхнічнага ўніверсітэта Аахена, Германія, пры фінансаванні DFG (Нямецкая даследчая камісія) прадэманстраваў значнае павышэнне ўстойлівасці да стомленасці пасля нанясення адпаведных плёнак на сталь 100Cr6 з выкарыстаннем тэхналогіі PVD.Акрамя таго, General Motors Злучаных Штатаў пачала вырабляць плёнку для нанясення на паверхню перадач аўтамабіля тыпу VolvoS80Turbo для павышэння ўстойлівасці да стомнай кропкавай кропкі;вядомая кампанія Timken запусціла назву ES200 gear surface film;у Германіі з'явілася зарэгістраваная гандлёвая марка MAXIT gear coating;зарэгістраваная гандлёвая марка Graphit-iC і Dymon-iC адпаведна. Пакрыцці перадач з зарэгістраванымі гандлёвымі маркамі Graphit-iC і Dymon-iC таксама даступныя ў Вялікабрытаніі.

З'яўляючыся важнай запаснай часткай механічнай трансмісіі, шасцярні гуляюць важную ролю ў прамысловасці, таму вывучэнне прымянення керамічных матэрыялаў на шасцярнях мае вельмі важнае практычнае значэнне.У цяперашні час інжынерная кераміка, якая ўжываецца для перадач, у асноўным наступная.

1、слой пакрыцця TiN
1、TiN

Керамічны пласт TiN з іённым пакрыццём з'яўляецца адным з найбольш шырока выкарыстоўваных пакрыццяў з мадыфікаванай паверхняй з высокай цвёрдасцю, высокай трываласцю адгезіі, нізкім каэфіцыентам трэння, добрай устойлівасцю да карозіі і г. д. Ён шырока выкарыстоўваецца ў розных галінах, асабліва ў інструментальнай і прэс-формавай прамысловасці.Асноўная прычына, якая ўплывае на нанясенне керамічнага пакрыцця на зубчастыя перадачы, - праблема сувязі паміж керамічным пакрыццём і падкладкай.Паколькі ўмовы працы і фактары ўплыву перадач значна больш складаныя, чым у інструментаў і прэс-формаў, прымяненне аднаго пакрыцця TiN на апрацоўку паверхні перадач значна абмежавана.Нягледзячы на ​​​​тое, што керамічнае пакрыццё мае такія перавагі, як высокая цвёрдасць, нізкі каэфіцыент трэння і ўстойлівасць да карозіі, яно далікатнае і цяжка атрымаць больш тоўстае пакрыццё, таму яму патрэбна падкладка высокай цвёрдасці і высокай трываласці, каб падтрымліваць пакрыццё, каб прайграваць свае характарыстыкі.Такім чынам, керамічнае пакрыццё ў асноўным выкарыстоўваецца для паверхні з карбіду і хуткарэзнай сталі.Матэрыял шасцярні мяккі ў параўнанні з керамічным матэрыялам, і розніца паміж прыродай падкладкі і пакрыцця вялікая, таму спалучэнне пакрыцця і падкладкі дрэннае, і пакрыцця недастаткова для падтрымання пакрыцця, што робіць пакрыццё, якое лёгка адпадае ў працэсе выкарыстання, не толькі не можа выкарыстоўваць перавагі керамічнага пакрыцця, але часціцы керамічнага пакрыцця, якія адвальваюцца, прывядуць да абразіўнага зносу шасцярні, паскараючы страту зносу шасцярні.Сучаснае рашэнне заключаецца ў выкарыстанні кампазітнай тэхналогіі апрацоўкі паверхні для паляпшэння сувязі паміж керамікай і падкладкай.Кампазітная тэхналогія апрацоўкі паверхні адносіцца да спалучэння фізічнага нанясення пакрыцця з паравай фазы і іншых працэсаў або пакрыццяў апрацоўкі паверхні з выкарыстаннем дзвюх асобных паверхняў/падверхняў для мадыфікацыі паверхні матэрыялу падкладкі для атрымання кампазітных механічных уласцівасцей, якія не могуць быць дасягнуты адным працэсам апрацоўкі паверхні .Кампазітнае пакрыццё TiN, нанесенае метадам іённага азотавання і PVD, з'яўляецца адным з найбольш даследаваных кампазітных пакрыццяў.Падкладка плазменнага азатавання і керамічнае кампазітнае пакрыццё TiN маюць моцную сувязь, а зносаўстойлівасць значна палепшана.

Аптымальная таўшчыня пласта плёнкі TiN з выдатнай зносаўстойлівасцю і склейваннем асновы плёнкі складае каля 3~4 мкм.Калі таўшчыня пласта плёнкі менш за 2 мкм, зносаўстойлівасць істотна не палепшыцца.Калі таўшчыня пласта плёнкі больш за 5 мкм, склейванне асновы плёнкі будзе зніжана.

2、Шматслаёвае шматкампанентнае пакрыццё TiN

З паступовым і шырокім прымяненнем TiN-пакрыццяў праводзіцца ўсё больш і больш даследаванняў таго, як палепшыць і палепшыць TiN-пакрыцці.У апошнія гады былі распрацаваны шматкампанентныя і шматслойныя пакрыцці на аснове бінарных пакрыццяў TiN, такіх як Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN /Al2O3 і г. д. Пры даданні такіх элементаў, як Al і Si, да пакрыццяў TiN можна палепшыць устойлівасць да высокатэмпературнага акіслення і цвёрдасць пакрыццяў, у той час як даданне такіх элементаў, як B, можа палепшыць цвёрдасць і трываласць адгезіі пакрыццяў.

З-за складанасці шматкампанентнага складу ў гэтым даследаванні шмат спрэчак.Пры вывучэнні (Tix,Cr1-x)N шматкампанентных пакрыццяў існуе вялікая спрэчка ў выніках даследаванняў.Некаторыя людзі лічаць, што пакрыцці (Tix,Cr1-x)N заснаваны на TiN, а Cr можа існаваць толькі ў выглядзе замяшчальнага цвёрдага раствора ў кропкавай матрыцы TiN, але не ў выглядзе асобнай фазы CrN.Іншыя даследаванні паказваюць, што колькасць атамаў Cr, якія непасрэдна замяняюць атамы Ti ў (Tix,Cr1-x)N пакрыццях, абмежавана, а астатні Cr існуе ў сінглетным стане або ўтварае злучэнні з N. Эксперыментальныя вынікі паказваюць, што даданне Cr да пакрыцця памяншае памер часціц паверхні і павялічвае цвёрдасць, і цвёрдасць пакрыцця дасягае найбольшага значэння, калі масавы працэнт Cr дасягае 3 л%, але ўнутранае напружанне пакрыцця таксама дасягае свайго максімальнага значэння.

3、Іншы пласт пакрыцця

У дадатак да звычайна выкарыстоўваных пакрыццяў TiN для ўмацавання паверхні шасцярні выкарыстоўваецца мноства розных інжынерных керамічных вырабаў.

(1)Ю.Цераўчы і інш.з Японіі вывучалі ўстойлівасць да зносу керамікі з карбіду тытана або нітрыду тытана, нанесенай метадам нанясення з паравай фазы.Шасцярні перад нанясеннем пакрыцця былі науглерожены і адпаліраваны для дасягнення цвёрдасці паверхні каля HV720 і шурпатасці паверхні 2,4 мкм, а керамічныя пакрыцці былі падрыхтаваны метадам хімічнага нанясення з паравай фазы (CVD) для карбіду тытана і метадам фізічнага нанясення з паравай фазы (PVD) для карбіду тытана. нітрыду тытана, з таўшчынёй керамічнай плёнкі каля 2 мкм.Фрыкцыйныя ўласцівасці зносу даследаваліся ў прысутнасці масла і сухога трэння адпаведна.Было выяўлена, што ўстойлівасць да истирания і ўстойлівасць да драпін зубчастых ціскоў істотна павышаецца пасля пакрыцця керамікай.

(2) Кампазіцыйнае пакрыццё з хімічна пакрытых Ni-P і TiN было падрыхтавана шляхам папярэдняга пакрыцця Ni-P у якасці пераходнага пласта і наступнага нанясення TiN.Даследаванне паказвае, што павярхоўная цвёрдасць гэтага кампазітнага пакрыцця была ў пэўнай ступені палепшана, і пакрыццё лепш счапляецца з падкладкай і мае лепшую зносаўстойлівасць.

(3) WC/C, тонкая плёнка B4C
М. Муракава і інш., Дэпартамент машынабудавання Японскага тэхналагічнага інстытута, выкарысталі тэхналогію PVD для нанясення тонкай плёнкі WC/C на паверхню зубчастых перадач, і яе тэрмін службы ў тры разы перавышаў тэрмін службы звычайных загартаваных і адшліфаваных перадач у алеі. бясплатныя ўмовы змазкі.Франц Дж і інш.выкарыстаў тэхналогію PVD для нанясення тонкай плёнкі WC/C і B4C на паверхню шасцярняў FEZ-A і FEZ-C, і эксперымент паказаў, што пакрыццё PVD значна зніжае трэнне шасцярні, робіць шасцярню менш успрымальнай да гарачага склейвання або склейвання, і палепшылі апорную здольнасць перадачы.

(4) Плёнкі CrN
Плёнкі CrN падобныя на плёнкі TiN тым, што яны маюць больш высокую цвёрдасць, а плёнкі CrN больш устойлівыя да высокатэмпературнага акіслення, чым TiN, маюць лепшую ўстойлівасць да карозіі, меншае ўнутранае напружанне, чым плёнкі TiN, і адносна лепшую трываласць.Чэнь Лінг і інш падрыхтавалі зносаўстойлівую кампазітную плёнку TiAlCrN/CrN з выдатным склейваннем на аснове плёнкі на паверхні HSS, а таксама прапанавалі тэорыю накладання дыслакацый шматслойнай плёнкі, калі розніца ў энергіі дыслакацый паміж двума пластамі вялікая, узнікаюць дыслакацыі. у адным слоі будзе цяжка перасекчы яго інтэрфейс у іншы пласт, утвараючы такім чынам дыслакацыі, якія складаюцца на стыку падзелу і гуляюць ролю ўмацавання матэрыялу.Чжун Бінь і інш даследавалі ўплыў утрымання азоту на фазавую структуру і фрыкцыйныя ўласцівасці зносу плёнак CrNx, і даследаванне паказала, што дыфракцыйны пік Cr2N (211) у плёнках паступова слабее, а пік CrN (220) паступова ўзмацняецца з павелічэннем зместу N2, буйныя часціцы на паверхні плёнкі паступова памяншаліся, і паверхня, як правіла, была роўнай.Калі аэрацыя N2 складала 25 мл/хв (ток дугі мэтавай крыніцы складаў 75 А, нанесеная плёнка CrN мае добрую якасць паверхні, добрую цвёрдасць і выдатную зносаўстойлівасць, калі аэрацыя N2 складае 25 мл/хв (ток дугі мэтавай крыніцы роўны 75 А, адмоўны ціск 100В).

(5) Звышцвёрдая плёнка
Звышцвёрдая плёнка - гэта цвёрдая плёнка з цвёрдасцю больш за 40 ГПа, выдатнай зносаўстойлівасцю, устойлівасцю да высокіх тэмператур і нізкім каэфіцыентам трэння і цеплавога пашырэння, у асноўным гэта аморфная алмазная плёнка і плёнка CN.Аморфныя алмазныя плёнкі валодаюць аморфнымі ўласцівасцямі, не маюць далёкай упарадкаванай структуры і ўтрымліваюць вялікую колькасць СС-тэтраэдрычных сувязей, таму іх таксама называюць тэтраэдральнымі аморфнымі вугляроднымі плёнкамі.Як выгляд аморфнай вугляроднай плёнкі, алмазападобнае пакрыццё (DLC) валодае многімі выдатнымі ўласцівасцямі, падобнымі да алмаза, такімі як высокая цеплаправоднасць, высокая цвёрдасць, высокі модуль пругкасці, нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння, добрая хімічная стабільнасць, добрая зносаўстойлівасць і нізкі каэфіцыент трэння.Было паказана, што нанясенне алмазападобных плёнак на паверхні зубчастых колаў дазваляе падоўжыць тэрмін службы ў 6 разоў і значна павысіць устойлівасць да стомленасці.Плёнкі CN, таксама вядомыя як аморфныя вугляродна-азотныя плёнкі, маюць крышталічную структуру, падобную да структуры кавалентных злучэнняў β-Si3N4, і таксама вядомыя як β-C3N4.Лю і Коэн і інш.правялі строгія тэарэтычныя разлікі з выкарыстаннем разлікаў зоны псеўдапатэнцыялаў з прынцыпу першай прыроды, пацвердзілі, што β-C3N4 мае вялікую энергію сувязі, стабільную механічную структуру, можа існаваць па меншай меры адзін субстабільны стан і яго модуль пругкасці параўнальны з алмазам, з добрымі ўласцівасцямі, якія могуць эфектыўна палепшыць цвёрдасць паверхні і зносаўстойлівасць матэрыялу і паменшыць каэфіцыент трэння.

(6) Пласт зносаўстойлівага пакрыцця з іншага сплаву
Некаторыя сплавныя зносаўстойлівыя пакрыцця таксама спрабавалі нанесці на зубчастыя перадачы, напрыклад, нанясенне пласта сплаву Ni-P-Co на паверхню зуба зубчастых перадач 45# з'яўляецца пластом сплаву для атрымання звышдробнай арганізацыі збожжа, што можа падоўжыць тэрмін службы да 1,144~1,533 разы.Было таксама вывучана, што металічны пласт Cu і пакрыццё са сплаву Ni-W наносяцца на паверхню зуба чыгуннай шасцярні са сплаву Cu-Cr-P для павышэння яе трываласці;Пакрыццё са сплаву Ni-W і Ni-Co наносіцца на паверхню зубоў чыгуннай шасцярні HT250 для павышэння зносаўстойлівасці ў 4-6 разоў у параўнанні з шасцярнёй без пакрыцця.