PVD-sadestamise tehnoloogiat on palju aastaid praktiseeritud uue pinna modifitseerimistehnoloogiana, eriti vaakum-ioonkatte tehnoloogiana, mis on viimastel aastatel palju arenenud ja mida kasutatakse nüüd laialdaselt tööriistade, vormide, kolvirõngaste, hammasrataste ja muude komponentide töötlemisel. .Vaakum-ioonkatte tehnoloogia abil valmistatud kaetud hammasrattad võivad märkimisväärselt vähendada hõõrdetegurit, parandada kulumisvastast ja teatud korrosioonivastast toimet ning neist on saanud hammasrataste pinna tugevdamise tehnoloogia valdkonna uurimistöö fookus ja kuum koht.
Hammasrataste valmistamiseks kasutatakse peamiselt sepistatud terast, valuterast, malmi, värvilisi metalle (vask, alumiinium) ja plast.Teras on peamiselt 45 teras, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Madala süsinikusisaldusega teras, mida kasutatakse peamiselt 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Sepistatud terast kasutatakse hammasratastes laialdasemalt selle parema jõudluse tõttu, valuterast aga kasutatakse tavaliselt üle 400 mm läbimõõduga ja keerulise struktuuriga hammasrataste tootmiseks.Malmhammasrattad on liimimis- ja augukindlusega, kuid löögi- ja kulumiskindluse puudumine, peamiselt stabiilse töö jaoks, võimsus ei ole väike ega suur suurus ja keeruline kuju, võib töötada ka määrimise puudumise korral, sobib avatud kasutamiseks edasikandumine.Tavaliselt kasutatavad värvilised metallid on tinapronks, alumiinium-raud-pronks ja valualumiiniumisulam, mida kasutatakse tavaliselt turbiinide või hammasrataste valmistamisel, kuid libisemis- ja hõõrdevastased omadused on kehvad, ainult väikese, keskmise koormuse ja väikese kiiruse korral. hammasrattad.Mittemetallist materjalist hammasrattaid kasutatakse peamiselt mõnes valdkonnas, kus on erinõuded, näiteks õlivaba määrimine ja kõrge töökindlus.Tingimuste valdkond, nagu väike saaste, nagu kodumasinad, meditsiiniseadmed, toidumasinad ja tekstiilimasinad.
Hammasrataste kattematerjalid
Tehnikakeraamilised materjalid on äärmiselt paljutõotavad materjalid, millel on kõrge tugevus ja kõvadus, eriti suurepärane kuumakindlus, madal soojusjuhtivus ja soojuspaisumine, kõrge kulumiskindlus ja oksüdatsioonikindlus.Paljud uuringud on näidanud, et keraamilised materjalid on oma olemuselt kuumakindlad ja neil on madal metallide kulumine.Seetõttu võib kulumiskindlate osade metallmaterjalide asemel kasutada keraamilisi materjale, mis võivad hõõrdumise alamosa eluiga pikendada, vastata mõnele kõrgele temperatuurile ja kõrge kulumiskindlale materjalile, multifunktsionaalsetele ja muudele karmidele nõuetele.Praegu on insenerkeraamilisi materjale kasutatud mootori kuumuskindlate osade, kuluvate osade mehaanilise jõuülekande, korrosioonikindlate osade ja tihendusosade keemiliste seadmete valmistamisel, mis näitavad üha enam keraamiliste materjalide laialdast kasutamist.
Arenenud riigid nagu Saksamaa, Jaapan, USA, Ühendkuningriik ja teised riigid peavad insenerkeraamiliste materjalide väljatöötamist ja rakendamist väga oluliseks, investeerides palju raha ja tööjõudu insenerkeraamika töötlemise teooria ja tehnoloogia arendamiseks.Saksamaa käivitas programmi "SFB442", mille eesmärk on PVD-tehnoloogia abil sünteesida detailide pinnale sobiv kile, et asendada keskkonnale ja inimkehale potentsiaalselt kahjulik määrdeaine.PW Gold ja teised Saksamaal kasutasid SFB442 rahastamist PVD-tehnoloogia rakendamiseks õhukeste kilede katmiseks veerelaagrite pinnale ja leidsid, et veerelaagrite kulumisvastane jõudlus on oluliselt paranenud ja pinnale kantud kiled võivad täielikult asendada äärmusliku rõhuga kulumisvastaste lisandite funktsioon.Joachim, Franz jt.Saksamaal kasutati PVD-tehnoloogiat WC/C-kilede valmistamiseks, millel on suurepärased väsimusvastased omadused, mis on kõrgemad kui EP-lisandeid sisaldavatel määrdeainetel, mis annab sarnaselt võimaluse asendada kahjulikud lisandid katetega.E. Lugscheider et al.Saksamaa Aacheni Tehnikaülikooli Materjaliteaduse Instituudi teadur näitas DFG (Saksamaa Teadusuuringute Komisjoni) rahastamisel väsimuskindluse märkimisväärset suurenemist pärast sobivate kilede sadestamist 100Cr6 terasele PVD-tehnoloogia abil.Lisaks on Ameerika Ühendriikide General Motors alustanud oma VolvoS80Turbo tüüpi auto käigukasti pinnale kattekihiga, et parandada väsimuste tekitamise vastupanu;kuulus Timkeni ettevõte on turule toonud ES200 hammasratta pinnakile;registreeritud kaubamärk MAXIT gear coating on ilmunud Saksamaal;registreeritud kaubamärk Graphit-iC ja Dymon-iC Geari katted registreeritud kaubamärkidega Graphit-iC ja Dymon-iC on saadaval ka Ühendkuningriigis.
Mehaanilise jõuülekande oluliste varuosadena on hammasratastel oluline roll tööstuses, mistõttu on väga oluline praktiline tähendus keraamiliste materjalide kandmise uurimine hammasratastel.Praegu on hammasratastele kantud insenerkeraamika peamiselt järgmine.
1、TiN kattekiht
1 、TiN
Ioonkattega TiN keraamiline kiht on üks enim kasutatavaid pinnaga modifitseeritud katteid, millel on kõrge kõvadus, kõrge haardumistugevus, madal hõõrdetegur, hea korrosioonikindlus jne. Seda on laialdaselt kasutatud erinevates valdkondades, eriti tööriista- ja vormitööstuses.Peamine põhjus, mis mõjutab hammasrataste keraamilise katte pealekandmist, on keraamilise katte ja aluspinna vaheline liimimisprobleem.Kuna hammasrataste töötingimused ja mõjutegurid on palju keerulisemad kui tööriistade ja vormide omad, on ühe TiN-katte kandmine hammasrataste pinnatöötlusele oluliselt piiratud.Kuigi keraamilise katte eelised on kõrge kõvadus, madal hõõrdetegur ja korrosioonikindlus, on see habras ja paksemat katet on raske saada, mistõttu vajab see katte toetamiseks kõrge kõvadusega ja tugevat aluspinda, et oma omadusi täita.Seetõttu kasutatakse keraamilist katet enamasti karbiid- ja kiirteraspindade jaoks.Hammasratta materjal on keraamilise materjaliga võrreldes pehme ning erinevus aluspinna ja katte olemuse vahel on suur, seega on katte ja aluspinna kombinatsioon kehv ning kattest ei piisa katte toetamiseks. kattekiht kukub kasutamise käigus kergesti maha, mitte ainult ei saa mängida keraamilise katte eeliseid, vaid ka maha kukkuvad keraamilise katte osakesed põhjustavad hammasratta abrasiivset kulumist, mis kiirendab käigu kulumiskadu.Praeguseks lahenduseks on komposiitpinnatöötlustehnoloogia kasutamine, et parandada keraamika ja aluspinna vahelist sidet.Komposiitpinnatöötlustehnoloogia viitab füüsikalise aurustamise-sadestamise katmise ja muude pinnatöötlusprotsesside või katete kombinatsioonile, mille käigus kasutatakse põhimaterjali pinna modifitseerimiseks kahte eraldi pinda/aluspinda, et saada komposiitmehaanilised omadused, mida ei ole võimalik saavutada ühe pinnatöötlusprotsessiga. .Ioonnitriidi ja PVD abil sadestatud TiN komposiitkate on üks enim uuritud komposiitkatteid.Plasma nitriidi substraadil ja TiN keraamilisel komposiitkattel on tugev side ja kulumiskindlus on oluliselt paranenud.
TiN-kilekihi optimaalne paksus, millel on suurepärane kulumiskindlus ja kilealuse sidumine, on umbes 3–4 μm.Kui kilekihi paksus on alla 2μm, siis kulumiskindlus oluliselt ei parane.Kui kilekihi paksus on üle 5 μm, väheneb kile aluse sidumine.
2 、 Mitmekihiline, mitmekomponentne TiN kate
TiN-katete järkjärgulise ja laialdase kasutuselevõtuga on üha rohkem uuritud, kuidas TiN-katteid täiustada ja täiustada.Viimastel aastatel on välja töötatud mitmekomponentsed pinnakatted ja mitmekihilised pinnakatted, mis põhinevad binaarsetel TiN-katetel, nagu Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN /Al2O3 jne. Lisades TiN katetele selliseid elemente nagu Al ja Si, saab parandada vastupidavust kõrgtemperatuursele oksüdatsioonile ja katete kõvadust, samas kui elementide nagu B lisamine võib parandada katete kõvadust ja nakketugevust.
Mitmekomponendilise koostise keerukuse tõttu on selles uuringus palju vaidlusi.(Tix,Cr1-x)N mitmekomponentsete katete uurimisel on uurimistulemustes suur poleemika.Mõned inimesed usuvad, et (Tix,Cr1-x)N katted põhinevad TiN-l ja Cr saab eksisteerida ainult asendustahke lahuse kujul TiN-punktmaatriksis, kuid mitte eraldi CrN-faasina.Teised uuringud näitavad, et Ti-aatomeid vahetult asendavate Cr-aatomite arv (Tix,Cr1-x)N-katetes on piiratud ja ülejäänud Cr eksisteerib singleti olekus või moodustab N-ga ühendeid. Katsetulemused näitavad, et Cr-i lisamine kattekihile väheneb pinnaosakeste suurus ja suureneb kõvadus ning katte kõvadus saavutab kõrgeima väärtuse siis, kui Cr massiprotsent jõuab 3l%, kuid ka katte sisepinge saavutab maksimaalse väärtuse.
3、Muu kattekiht
Lisaks tavaliselt kasutatavatele TiN-katetele kasutatakse hammasrataste pinna tugevdamiseks palju erinevat tehnilist keraamikat.
(1)Y.Terauchi et al.Jaapanis uuriti titaankarbiidist või titaannitriidist valmistatud keraamiliste hammasrataste vastupidavust hõõrdekulumisele, mis on sadestatud aurustamise meetodil.Hammasrattad karbureeriti ja poleeriti, et saavutada pinna kõvadus umbes HV720 ja pinnakaredus 2,4 μm enne katmist ning keraamilised katted valmistati titaankarbiidi jaoks keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) ja füüsikalise aurustamise-sadestamise (PVD) abil. titaannitriid, mille keraamilise kile paksus on umbes 2 μm.Hõõrdekulumisomadusi uuriti vastavalt õli ja kuivhõõrdumise juuresolekul.Leiti, et pärast keraamikaga katmist paranes käigukruustangu löögikindlus ja kriimustuskindlus oluliselt.
(2) Keemiliselt kaetud Ni-P ja TiN komposiitkate valmistati Ni-P eelkatmisega üleminekukihina ja seejärel TiN sadestamisel.Uuring näitab, et selle komposiitkatte pinna kõvadus on teatud määral paranenud ning kate on aluspinnaga paremini seotud ja kulumiskindlusega.
(3) WC/C, B4C õhuke kile
M. Murakawa jt, Jaapani Tehnoloogiainstituudi masinaehituse osakond, kasutasid PVD-tehnoloogiat WC/C õhukese kile katmiseks hammasrataste pinnale ning selle kasutusiga oli kolm korda pikem kui tavalistel karastatud ja lihvitud hammasratastel õli all. tasuta määrimistingimused.Franz J et al.kasutas PVD-tehnoloogiat WC/C ja B4C õhukese kile katmiseks FEZ-A ja FEZ-C hammasrataste pinnale ning katse näitas, et PVD kate vähendas oluliselt hammasratta hõõrdumist, muutis käigu vähem vastuvõtlikuks kuumliimimise või liimimise suhtes, ja parandas käigu kandevõimet.
(4) CrN-kiled
CrN-kiled sarnanevad TiN-kiledega selle poolest, et neil on suurem kõvadus ja CrN-kiled on kõrgel temperatuuril oksüdatsioonile vastupidavamad kui TiN-kiled, neil on parem korrosioonikindlus, väiksem sisepinge kui TiN-kiledel ja suhteliselt parem sitkus.Chen Ling et valmistasid kulumiskindla TiAlCrN/CrN komposiitkile, millel oli suurepärane kilepõhine side HSS-i pinnal, ning pakkusid välja ka mitmekihilise kile dislokatsiooni virnastamise teooria, kui kahe kihi dislokatsioonienergia erinevus on suur, tekib dislokatsioon. ühes kihis on selle liidese ületamine teise kihiga keeruline, moodustades seega liidese nihestuste virnastamise ja mängides materjali tugevdamise rolli.Zhong Bin et uurisid lämmastikusisalduse mõju CrNx-kilede faasistruktuurile ja hõõrdekulumisomadustele ning uuring näitas, et kilede Cr2N (211) difraktsioonipiik nõrgenes järk-järgult ja CrN (220) piik suurenes järk-järgult koos tõusuga. N2 sisaldusest vähenesid kilepinna suured osakesed järk-järgult ja pind kippus olema tasane.Kui N2 aeratsioon oli 25 ml/min (sihtallika kaarevool oli 75 A, on ladestunud CrN-kile hea pinnakvaliteet, hea kõvadus ja suurepärane kulumiskindlus, kui N2 aeratsioon on 25 ml/min (sihtallika kaarevool on 75 A, negatiivne). rõhk on 100 V).
(5) Ülikõva kile
Superhard kile on tahke kile, mille kõvadus on üle 40 GPa, suurepärane kulumiskindlus, kõrge temperatuuritaluvus ja madal hõõrdetegur ja madal soojuspaisumistegur, peamiselt amorfne teemantkile ja CN-kile.Amorfsetel teemantkiledel on amorfsed omadused, neil puudub pikamaa järjestatud struktuur ja need sisaldavad suurt hulka CC-tetraeedrilisi sidemeid, mistõttu neid nimetatakse ka tetraeedrilisteks amorfseteks süsinikkiledeks.Omamoodi amorfse süsinikkilena on teemanditaolisel kattekihil (DLC) palju suurepäraseid teemandiga sarnaseid omadusi, nagu kõrge soojusjuhtivus, kõrge kõvadus, kõrge elastsusmoodul, madal soojuspaisumistegur, hea keemiline stabiilsus, hea kulumiskindlus ja madal hõõrdetegur.On näidatud, et teemanditaoliste kilede katmine hammasrataste pindadel võib pikendada kasutusiga 6 korda ja parandada märkimisväärselt väsimuskindlust.CN-kiledel, mida tuntakse ka kui amorfseid süsinik-lämmastikkilesid, on β-Si3N4 kovalentsete ühendite kristallstruktuur ja neid tuntakse ka kui β-C3N4.Liu ja Cohen jt.sooritas ranged teoreetilised arvutused, kasutades pseudopotentsiaaliriba arvutusi esmase olemuse põhimõttest, kinnitas, et β-C3N4-l on suur sidumisenergia, stabiilne mehaaniline struktuur, võib eksisteerida vähemalt üks alamstabiilne olek ja selle elastsusmoodul on võrreldav teemandiga, heade omadustega, mis võib tõhusalt parandada materjali pinna kõvadust ja kulumiskindlust ning vähendada hõõrdetegurit.
(6) Muu sulami kulumiskindel kattekiht
Mõningaid sulamitest kulumiskindlaid katteid on proovitud ka hammasratastele kanda, näiteks Ni-P-Co sulamikihi sadestumine 45# terashammasrataste hambapinnale on sulamikiht, et saavutada ülipeene teraline korraldus, mis võib pikendada eluiga kuni 1,144-1,533 korda.Samuti on uuritud, et Cu-Cr-P sulamist malmhammasratta hambapinnale kantakse Cu-metallikiht ja Ni-W sulamist kate, et parandada selle tugevust;Ni-W ja Ni-Co sulamist kate kantakse HT250 malmhammasratta hambapinnale, et parandada kulumiskindlust 4–6 korda võrreldes katmata hammasrattaga.
Postitusaeg: 07.11.2022