Technoleg cotio gêr

Mae technoleg dyddodiad PVD wedi'i hymarfer ers blynyddoedd lawer fel technoleg addasu wyneb newydd, yn enwedig technoleg cotio ïon gwactod, sydd wedi ennill datblygiad mawr yn y blynyddoedd diwethaf ac sydd bellach yn cael ei defnyddio'n helaeth wrth drin offer, mowldiau, cylchoedd piston, gerau a chydrannau eraill. .Gall y gerau gorchuddio a baratowyd gan dechnoleg cotio ïon gwactod leihau'r cyfernod ffrithiant yn sylweddol, gwella gwrth-wisgo a gwrth-cyrydu penodol, ac maent wedi dod yn ffocws a man poeth ymchwil ym maes technoleg cryfhau wyneb gêr.

Y deunyddiau cyffredin a ddefnyddir ar gyfer gerau yn bennaf yw dur ffug, dur bwrw, haearn bwrw, metelau anfferrus (copr, alwminiwm) a phlastigau.Mae dur yn bennaf yn 45 dur, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Dur carbon isel a ddefnyddir yn bennaf mewn 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Defnyddir dur ffug yn ehangach mewn gerau oherwydd ei berfformiad gwell, tra bod dur bwrw yn cael ei ddefnyddio fel arfer i gynhyrchu gerau â diamedr> 400mm a strwythur cymhleth.Gêr haearn bwrw gwrth-glud a pitting ymwrthedd, ond mae'r diffyg effaith a gwisgo ymwrthedd, yn bennaf ar gyfer gwaith sefydlog, nid yw pŵer cyflymder isel neu maint mawr a siâp cymhleth, yn gallu gweithio o dan gyflwr y diffyg iro, sy'n addas ar gyfer agored trosglwyddiad.Metelau anfferrus a ddefnyddir yn gyffredin yw efydd tun, efydd haearn-alwminiwm ac aloi alwminiwm castio, a ddefnyddir yn gyffredin wrth gynhyrchu tyrbinau neu gerau, ond mae'r eiddo llithro a gwrth-ffrithiant yn wael, dim ond ar gyfer ysgafn, llwyth canolig a chyflymder isel. gerau.Defnyddir gerau deunydd anfetelaidd yn bennaf mewn rhai meysydd â gofynion arbennig, megis iro di-olew a dibynadwyedd uchel.Maes amodau megis llygredd isel, fel offer cartref, offer meddygol, peiriannau bwyd a pheiriannau tecstilau.

Deunyddiau cotio gêr

Mae deunyddiau ceramig peirianneg yn ddeunyddiau hynod addawol gyda chryfder a chaledwch uchel, yn enwedig ymwrthedd gwres rhagorol, dargludedd thermol isel ac ehangu thermol, ymwrthedd gwisgo uchel a gwrthiant ocsideiddio.Mae nifer fawr o astudiaethau wedi dangos bod deunyddiau cerameg yn gynhenid ​​​​yn gwrthsefyll gwres a bod ganddynt draul isel ar fetelau.Felly, gall y defnydd o ddeunyddiau ceramig yn lle deunyddiau metel ar gyfer rhannau sy'n gwrthsefyll traul wella bywyd yr is ffrithiant, gall gwrdd â rhai o'r tymheredd uchel a'r deunyddiau sy'n gwrthsefyll traul uchel, gofynion aml-swyddogaethol a chaled eraill.Ar hyn o bryd, mae deunyddiau ceramig peirianneg wedi'u defnyddio wrth gynhyrchu rhannau gwrthsefyll gwres injan, trawsyrru mecanyddol yn y rhannau gwisgo, offer cemegol yn y rhannau sy'n gwrthsefyll cyrydiad a rhannau selio, yn gynyddol yn dangos cymhwysiad eang rhagolygon deunyddiau ceramig.

Mae gwledydd datblygedig fel yr Almaen, Japan, yr Unol Daleithiau, y Deyrnas Unedig a gwledydd eraill yn rhoi pwys mawr ar ddatblygu a chymhwyso deunyddiau ceramig peirianneg, gan fuddsoddi llawer o arian a gweithlu i ddatblygu theori prosesu a thechnoleg cerameg peirianneg.Mae'r Almaen wedi lansio rhaglen o'r enw “SFB442″, a'i ddiben yw defnyddio technoleg PVD i syntheseiddio ffilm addas ar wyneb y rhannau i ddisodli'r cyfrwng iro a allai fod yn niweidiol i'r amgylchedd a'r corff dynol.Defnyddiodd PW Gold ac eraill yn yr Almaen y cyllid gan SFB442 i gymhwyso technoleg PVD i adneuo ffilmiau tenau ar wyneb Bearings rholio a chanfod bod perfformiad gwrth-wisgo Bearings rholio wedi'i wella'n sylweddol a gallai'r ffilmiau a adneuwyd ar yr wyneb ddisodli'r ffilmiau yn gyfan gwbl swyddogaeth ychwanegion gwrth-wisgo pwysau eithafol.Roedd Joachim, Franz et al.yn yr Almaen defnyddio technoleg PVD i baratoi ffilmiau WC/C sy'n arddangos priodweddau gwrth-blinder rhagorol, sy'n uwch na'r rhai o ireidiau sy'n cynnwys ychwanegion EP, canlyniad sydd yn yr un modd yn rhoi'r posibilrwydd o ddisodli ychwanegion niweidiol gyda haenau.E. Lugscheider et al.o Sefydliad Gwyddor Deunyddiau, Prifysgol Dechnegol Aachen, yr Almaen, gyda chyllid gan y DFG (Comisiwn Ymchwil yr Almaen), wedi dangos cynnydd sylweddol mewn ymwrthedd blinder ar ôl adneuo ffilmiau priodol ar ddur 100Cr6 gan ddefnyddio technoleg PVD.Yn ogystal, mae'r Unol Daleithiau General Motors wedi dechrau yn ei ffilm dyddodiad wyneb gêr car math VolvoS80Turbo i wella ymwrthedd tyllu blinder;mae'r cwmni enwog Timken wedi lansio'r enw ffilm wyneb gêr ES200;nod masnach cofrestredig MAXIT gêr cotio wedi ymddangos yn yr Almaen;nod masnach cofrestredig Graphit-iC a Dymon-iC yn y drefn honno Mae haenau Gear gyda'r nodau masnach cofrestredig Graphit-iC a Dymon-iC hefyd ar gael yn y DU.

Fel rhannau sbâr pwysig o drosglwyddiad mecanyddol, mae gerau yn chwarae rhan bwysig mewn diwydiant, felly mae'n bwysig iawn yn ymarferol astudio'r defnydd o ddeunyddiau ceramig ar gerau.Ar hyn o bryd, mae'r cerameg peirianneg a gymhwysir i'r gerau yn bennaf fel a ganlyn.

1 、 haen cotio TiN
1, TiN

Cotio Ion Mae haen ceramig TiN yn un o'r haenau arwyneb wedi'u haddasu a ddefnyddir fwyaf gyda chaledwch uchel, cryfder adlyniad uchel, cyfernod ffrithiant isel, ymwrthedd cyrydiad da, ac ati Fe'i defnyddiwyd yn helaeth mewn gwahanol feysydd, yn enwedig mewn diwydiant offer a llwydni.Y prif reswm sy'n effeithio ar gymhwyso cotio ceramig ar gerau yw'r broblem bondio rhwng cotio ceramig a swbstrad.Gan fod amodau gwaith a ffactorau dylanwadol gerau yn llawer mwy cymhleth na rhai offer a mowldiau, mae cymhwyso un cotio TiN ar driniaeth arwyneb gêr yn gyfyngedig iawn.Er bod gan cotio ceramig fanteision caledwch uchel, cyfernod ffrithiant isel a gwrthiant cyrydiad, mae'n frau ac yn anodd cael cotio mwy trwchus, felly mae angen caledwch uchel a swbstrad cryfder uchel arno i gefnogi'r cotio er mwyn chwarae ei nodweddion.Felly, defnyddir cotio ceramig yn bennaf ar gyfer carbid a wyneb dur cyflym.Mae'r deunydd gêr yn feddal o'i gymharu â'r deunydd ceramig, ac mae'r gwahaniaeth rhwng natur y swbstrad a'r cotio yn fawr, felly mae'r cyfuniad o'r cotio a'r swbstrad yn wael, ac nid yw'r cotio yn ddigon i gefnogi'r cotio, gan wneud mae'r cotio sy'n hawdd ei ddisgyn yn y broses o ddefnyddio, nid yn unig yn gallu chwarae manteision y cotio ceramig, ond bydd y gronynnau cotio ceramig sy'n disgyn i ffwrdd yn achosi traul sgraffiniol ar y gêr, gan gyflymu colli gwisgo'r gêr.Yr ateb presennol yw defnyddio technoleg trin wyneb cyfansawdd i wella'r bond rhwng y ceramig a'r swbstrad.Mae technoleg trin wyneb cyfansawdd yn cyfeirio at y cyfuniad o cotio dyddodiad anwedd corfforol a phrosesau neu haenau trin wyneb eraill, gan ddefnyddio dau arwyneb / is-wyneb ar wahân i addasu wyneb y deunydd swbstrad i gael priodweddau mecanyddol cyfansawdd na ellir eu cyflawni gan un broses trin wyneb. .Mae cotio cyfansawdd TiN a adneuwyd gan nitriding ion a PVD yn un o'r haenau cyfansawdd yr ymchwiliwyd iddo fwyaf.Mae gan y swbstrad nitriding plasma a gorchudd cyfansawdd ceramig TiN fond cryf ac mae'r ymwrthedd gwisgo wedi gwella'n sylweddol.

Y trwch gorau posibl o haen ffilm TiN gydag ymwrthedd gwisgo rhagorol a bondio sylfaen ffilm yw tua 3 ~ 4μm.Os yw trwch yr haen ffilm yn llai na 2μm, ni fydd y gwrthiant gwisgo yn cael ei wella'n sylweddol.Os yw trwch yr haen ffilm yn fwy na 5μm, bydd y bondio sylfaen ffilm yn cael ei ostwng.

2 、 Cotio TiN aml-haen, aml-gydran

Gyda chymhwysiad graddol ac eang o haenau TiN, mae mwy a mwy o ymchwil ar sut i wella a gwella haenau TiN.Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae haenau aml-gydran a haenau amlhaenog wedi'u datblygu yn seiliedig ar haenau TiN deuaidd, megis Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix, Cr1-x)N, TiN /Al2O3, ac ati. Trwy ychwanegu elfennau megis Al a Si at haenau TiN, gellir gwella'r ymwrthedd i ocsidiad tymheredd uchel a chaledwch y haenau, tra gall ychwanegu elfennau fel B wella caledwch a chryfder adlyniad y haenau.

Oherwydd cymhlethdod y cyfansoddiad aml-gydran, mae llawer o ddadleuon yn yr astudiaeth hon.Wrth astudio haenau aml-gydran (Tix,Cr1-x)N, mae cryn ddadlau yng nghanlyniadau'r ymchwil.Mae rhai pobl yn credu bod haenau (Tix, Cr1-x)N yn seiliedig ar TiN, a dim ond ar ffurf datrysiad solet newydd yn y matrics dot TiN y gall Cr fodoli, ond nid fel cam CrN ar wahân.Mae astudiaethau eraill yn dangos bod nifer yr atomau Cr sy'n disodli atomau Ti yn uniongyrchol mewn haenau (Tix,Cr1-x)N yn gyfyngedig, ac mae'r Cr sy'n weddill yn bodoli yn y cyflwr sengl neu'n ffurfio cyfansoddion ag N. Mae'r canlyniadau arbrofol yn dangos bod ychwanegu Cr i'r cotio yn lleihau maint gronynnau wyneb ac yn cynyddu'r caledwch, ac mae caledwch y cotio yn cyrraedd ei werth uchaf pan fydd canran màs Cr yn cyrraedd 3l%, ond mae straen mewnol y cotio hefyd yn cyrraedd ei werth uchaf.

3 、 Haen cotio arall

Yn ogystal â'r haenau TiN a ddefnyddir yn gyffredin, defnyddir llawer o wahanol gerameg peirianneg ar gyfer cryfhau arwyneb gêr.

(1)Y.Mae Terauchi et al.o Japan astudiodd ymwrthedd i wisgo ffrithiannol o carbid titaniwm neu titaniwm nitride gerau ceramig a adneuwyd gan y dull dyddodi anwedd.Cafodd y gerau eu carbureiddio a'u sgleinio i gyflawni caledwch wyneb o tua HV720 a garwedd arwyneb o 2.4 μm cyn eu gorchuddio, a pharatowyd y haenau ceramig trwy ddyddodiad anwedd cemegol (CVD) ar gyfer carbid titaniwm a thrwy ddyddodiad anwedd corfforol (PVD) ar gyfer nitrid titaniwm, gyda thrwch ffilm ceramig o tua 2 μm.Ymchwiliwyd i'r eiddo gwisgo ffrithiannol ym mhresenoldeb olew a ffrithiant sych, yn y drefn honno.Canfuwyd bod ymwrthedd galio a gwrthiant crafu'r is gêr wedi'u gwella'n sylweddol ar ôl ei orchuddio â seramig.

(2) Paratowyd cotio cyfansawdd o Ni-P a TiN wedi'u gorchuddio'n gemegol trwy rag-orchuddio Ni-P fel haen drawsnewid ac yna adneuo TiN.Mae'r astudiaeth yn dangos bod caledwch wyneb y cotio cyfansawdd hwn wedi'i wella i raddau, ac mae'r cotio wedi'i bondio'n well â'r swbstrad ac mae ganddi wrthwynebiad gwisgo gwell.

(3) WC/C, ffilm denau B4C
Defnyddiodd M. Murakawa et al., Adran Peirianneg Fecanyddol, Sefydliad Technoleg Japan, dechnoleg PVD i osod ffilm denau WC/C ar wyneb gerau, ac roedd ei oes gwasanaeth deirgwaith yn fwy na gerau cyffredin wedi'u diffodd a'u malu dan olew. amodau iro rhad ac am ddim.Mae Franz J et al.defnyddio technoleg PVD i adneuo ffilm denau WC/C a B4C ar wyneb gerau FEZ-A a FEZ-C, a dangosodd yr arbrawf fod y cotio PVD wedi lleihau'r ffrithiant gêr yn sylweddol, gan wneud y gêr yn llai agored i gludo poeth neu gludo, a gwella gallu cario llwyth y gêr.

(4) CrN ffilmiau
Mae ffilmiau CrN yn debyg i ffilmiau TiN gan fod ganddynt galedwch uwch, ac mae ffilmiau CrN yn fwy ymwrthol i ocsidiad tymheredd uchel na TiN, mae ganddynt well ymwrthedd cyrydiad, straen mewnol is na ffilmiau TiN, a chaledwch cymharol well.Paratôdd Chen Ling et ffilm gyfansawdd TiAlCrN/CrN sy'n gwrthsefyll traul gyda bondio rhagorol yn seiliedig ar ffilm ar wyneb HSS, a chynigiodd hefyd ddamcaniaeth stacio dadleoli ffilm amlhaenog, os yw'r gwahaniaeth egni dadleoli rhwng dwy haen yn fawr, mae'r dadleoliad yn digwydd. mewn un haen bydd yn anodd croesi ei ryngwyneb i'r haen arall, a thrwy hynny ffurfio'r dadleoli, pentyrru yn y rhyngwyneb a chwarae rôl cryfhau'r deunydd.Astudiodd Zhong Bin et effaith cynnwys nitrogen ar strwythur cyfnod a phriodweddau traul ffrithiannol ffilmiau CrNx, a dangosodd yr astudiaeth fod brig diffreithiant Cr2N (211) yn y ffilmiau wedi gwanhau'n raddol a bod brig CrN (220) wedi gwella'n raddol gyda'r cynnydd. o gynnwys N2, gostyngodd y gronynnau mawr ar wyneb y ffilm yn raddol ac roedd yr wyneb yn tueddu i fod yn wastad.Pan oedd yr awyru N2 yn 25 ml/munud (cerrynt arc ffynhonnell darged oedd 75 A, mae gan y ffilm CrN a adneuwyd ansawdd wyneb da, caledwch da a gwrthiant gwisgo rhagorol pan fo awyriad N2 yn 25ml/munud (cerrynt arc ffynhonnell targed yw 75A, negyddol). pwysau yw 100V).

(5) Ffilm superhard
Ffilm Superhard yw'r ffilm solet gyda chaledwch yn fwy na 40GPa, ymwrthedd gwisgo rhagorol, ymwrthedd tymheredd uchel a chyfernod ffrithiant isel a chyfernod ehangu thermol isel, ffilm diemwnt amorffaidd yn bennaf a ffilm CN.Mae gan ffilmiau diemwnt amorffaidd briodweddau amorffaidd, dim strwythur gorchymyn hir-amrediad, ac maent yn cynnwys nifer fawr o fondiau tetrahedrol CC, felly fe'u gelwir hefyd yn ffilmiau carbon amorffaidd tetrahedrol.Fel math o ffilm garbon amorffaidd, mae gan cotio tebyg i diemwnt (DLC) lawer o briodweddau rhagorol tebyg i ddiamwnt, megis dargludedd thermol uchel, caledwch uchel, modwlws elastig uchel, cyfernod ehangu thermol isel, sefydlogrwydd cemegol da, ymwrthedd gwisgo da a cyfernod ffrithiant isel.Dangoswyd y gall gorchuddio ffilmiau tebyg i ddiamwnt ar arwynebau gêr ymestyn bywyd y gwasanaeth gan ffactor o 6 a gwella'r ymwrthedd blinder yn sylweddol.Mae gan ffilmiau CN, a elwir hefyd yn ffilmiau carbon-nitrogen amorffaidd, strwythur grisial tebyg i un cyfansoddion cofalent β-Si3N4 ac fe'u gelwir hefyd yn β-C3N4.Roedd Liu a Cohen et al.perfformio cyfrifiadau damcaniaethol trwyadl gan ddefnyddio cyfrifiadau band ffug-botensial o'r egwyddor natur gyntaf, cadarnhawyd bod gan β-C3N4 egni rhwymol mawr, strwythur mecanyddol sefydlog, gall o leiaf un cyflwr is-sefydlog fodoli, ac mae ei fodwlws elastig yn debyg i ddiamwnt, gydag eiddo da, a all wella'n effeithiol galedwch wyneb a gwrthsefyll gwisgo'r deunydd a lleihau'r cyfernod ffrithiant.

(6) Haen cotio aloi sy'n gwrthsefyll traul arall
Mae rhai haenau aloi sy'n gwrthsefyll traul hefyd wedi'u ceisio i'w cymhwyso i gerau, er enghraifft, mae dyddodiad haen aloi Ni-P-Co ar wyneb dannedd gerau dur 45 # yn haen aloi i gael trefniadaeth grawn hynod o fân, a all ymestyn y bywyd hyd at 1.144 ~ 1.533 gwaith.Astudiwyd hefyd bod haen fetel Cu a gorchudd aloi Ni-W yn cael eu cymhwyso ar wyneb dannedd gêr haearn bwrw aloi Cu-Cr-P i wella ei gryfder;Mae cotio aloi Ni-W a Ni-Co yn cael ei roi ar wyneb dannedd gêr haearn bwrw HT250 i wella'r ymwrthedd gwisgo 4 ~ 6 gwaith o'i gymharu â'r offer heb ei orchuddio.