PVD deposizio-teknologia urte askotan landu da gainazaleko aldaketen teknologia berri gisa, batez ere huts-ioien estaldura-teknologia gisa, azken urteotan garapen handia lortu duena eta gaur egun oso erabilia da tresna, molde, pistoi eraztun, engranaje eta beste osagai batzuen tratamenduan. .Hutsean ioien estaldura teknologiarekin prestatutako estalitako engranajeek marruskadura koefizientea nabarmen murrizten dute, higaduraren aurkako eta korrosioaren aurkako zenbait hobetu, eta engranajeen gainazala indartzeko teknologiaren alorrean ikerketaren ardatz eta puntu bero bihurtu dira.
Engranajeetarako erabili ohi diren materialak batez ere altzairu forjatuak, altzairu galdatuak, burdinurtuak, metal ez-ferrikoak (kobrea, aluminioa) eta plastikoak dira.Altzairua batez ere 45 altzairu, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl da.Karbono gutxiko altzairua batez ere 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo-n erabiltzen da.Altzairu forjatua gehiago erabiltzen da engranajeetan, bere errendimendu hobea delako, eta altzairu galdatua, berriz, diametroa > 400 mm-ko eta egitura konplexua duten engranajeak fabrikatzeko erabiltzen da.Burdinurtuzko engranajeak kolaren aurkako eta zuloen aurkako erresistentzia, baina inpaktuaren eta higaduraren erresistentzia eza, batez ere lan egonkorra izateko, potentzia ez da abiadura baxua edo tamaina handikoa eta forma konplexua, lubrifikazio faltaren baldintzapean funtziona dezake, irekietarako egokia. transmisio.Orokorrean erabiltzen diren metal ez-ferrosoak eztainu brontzea, aluminio-burdina brontzea eta galdaketa-aleazio aluminiozkoak dira, turbinak edo engranajeak fabrikatzeko erabili ohi direnak, baina irristatze- eta marruskaduraren aurkako propietateak eskasak dira, karga arina, ertaina eta abiadura baxurako soilik. engranajeak.Material ez-metalikoko engranajeak baldintza bereziak dituzten eremu batzuetan erabiltzen dira batez ere, hala nola oliorik gabeko lubrifikazioa eta fidagarritasun handia.Kutsadura baxua bezalako baldintzen eremua, hala nola, etxetresna elektrikoak, ekipamendu medikoa, janari-makineria eta ehungintza-makineria.
Engranajeak estaltzeko materialak
Ingeniaritza zeramikazko materialak indar eta gogortasun handiko material itxaropentsuak dira, batez ere beroarekiko erresistentzia bikaina, eroankortasun termiko baxua eta hedapen termikoa, higadura erresistentzia eta oxidazioarekiko erresistentzia handia.Ikerketa ugarik frogatu dute zeramikazko materialak berez erresistenteak direla eta metalen higadura txikia dutela.Hori dela eta, zeramikazko materialak erabiltzeak higadura-erresistentzia duten piezen metalezko materialen ordez, marruskadura azpiaren bizitza hobetu dezake, tenperatura altuak eta higadura-erresistentzia handiko materialak, funtzio anitzeko eta beste baldintza gogorrak bete ditzake.Gaur egun, ingeniaritza zeramikazko materialak motorraren beroarekiko erresistenteak diren piezen fabrikazioan, transmisio mekanikoa higadura piezetan, korrosioarekiko erresistenteak diren piezen ekipamendu kimikoak eta zigilatzeko piezak fabrikatzeko, gero eta gehiago erakusten dute zeramikazko materialen aplikazio zabala.
Alemania, Japonia, Estatu Batuak, Erresuma Batua eta beste herrialde batzuk bezalako herrialde garatuek garrantzi handia ematen diote ingeniaritza zeramikazko materialen garapenari eta aplikazioari, diru eta eskulan asko inbertituz ingeniaritza zeramikazko prozesatzeko teoria eta teknologia garatzeko.Alemaniak "SFB442" izeneko programa jarri du abian, eta horren helburua PVD teknologia erabiltzea da piezen gainazalean film egoki bat sintetizatzeko, ingurumenerako eta giza gorputzerako kaltegarria izan daitekeen lubrifikatzailea ordezkatzeko.PW Gold-ek eta Alemaniako beste batzuek SFB442-ren finantzaketa erabili zuten PVD teknologia aplikatzeko errodamenduen gainazalean film meheak uzteko eta errodamenduen higaduraren aurkako errendimendua nabarmen hobetu zela ikusi zuten eta gainazalean metatutako filmek guztiz ordezkatu zezaketela. Muturreko presio higaduraren aurkako gehigarrien funtzioa.Joachim, Franz et al.Alemanian PVD teknologia erabili zuen WC/C filmak prestatzeko, nekearen aurkako propietate bikainak erakusten dituztenak, EP gehigarriak dituzten lubrifikatzaileenak baino handiagoak, eta emaitza horrek gehigarri kaltegarriak estalduraz ordezkatzeko aukera ematen du.E. Lugscheider et al.Materialen Zientzien Institutuak, Alemaniako Aacheneko Unibertsitate Teknikoak, DFG-ren (Alemaniako Ikerketa Batzordea) finantzaketarekin, nekearen erresistentzia nabarmen handitu zela frogatu zuen PVD teknologia erabiliz 100Cr6 altzairuan film egokiak jarri ondoren.Horrez gain, Estatu Batuetako General Motors-ek bere VolvoS80Turbo motako autoen engranajearen gainazaleko deposizio-filma egiten hasi da, neke-pitting erresistentzia hobetzeko;Timken konpainia ospetsuak ES200 engranajearen gainazaleko film izena jarri du martxan;marka erregistratua MAXIT engranaje estaldura Alemanian agertu da;erregistratutako Graphit-iC eta Dymon-iC, hurrenez hurren, Graphit-iC eta Dymon-iC marka erregistratuak dituzten Gear estaldurak ere eskuragarri daude Erresuma Batuan.
Transmisio mekanikoaren ordezko pieza garrantzitsu gisa, engranajeek paper garrantzitsua dute industrian, beraz, garrantzi praktikoa du zeramikazko materialak engranajeetan duten aplikazioa aztertzea.Gaur egun, engranajeei aplikatutako ingeniaritza zeramika hauek dira nagusiki.
1、TiN estaldura geruza
1, TiN
Ioi-estaldura TiN zeramikazko geruza gehien erabiltzen den gainazal-eraldatutako estaldura bat da, gogortasun handikoa, atxikimendu-indarra handikoa, marruskadura-koefiziente baxua, korrosioarekiko erresistentzia ona, etab. Hainbat esparrutan oso erabilia izan da, batez ere erreminta eta moldeen industrian.Zeramikazko estaldura engranajeetan aplikatzea eragiten duen arrazoi nagusia zeramikazko estalduraren eta substratuaren arteko lotura arazoa da.Engranajeen lan-baldintzak eta eragin-faktoreak erremintak eta moldeak baino askoz konplikatuagoak direnez, engranajeen gainazaleko tratamenduan TiN estaldura bakarra aplikatzea oso mugatuta dago.Zeramikazko estaldurak gogortasun handia, marruskadura koefiziente baxua eta korrosioarekiko erresistentzia abantailak dituen arren, hauskorra eta zaila da estaldura lodiagoa lortzea, beraz, gogortasun eta indar handiko substratu bat behar du estaldurari eusteko, bere ezaugarriak betetzeko.Hori dela eta, zeramikazko estaldura karburorako eta abiadura handiko altzairuzko gainazalerako erabiltzen da batez ere.Engranaje-materiala leuna da zeramikazko materialarekin alderatuta, eta substratuaren izaeraren eta estalduraren arteko aldea handia da, beraz, estalduraren eta substratuaren konbinazioa eskasa da, eta estaldura ez da nahikoa estaldurari eusteko. estaldura erraz erortzen da erabilera-prozesuan, zeramikazko estalduraren abantailak ez ezik, erortzen diren zeramikazko estaldura-partikulek engranajearen higadura urratzailea eragingo dute, engranajearen higadura-galera bizkortuz.Gaur egungo irtenbidea gainazal konposatuen tratamenduaren teknologia erabiltzea da, zeramika eta substratuaren arteko lotura hobetzeko.Gainazalaren tratamendu konposatuen teknologiak lurrunezko jalkitze-estaldura fisikoaren eta gainazaleko tratamendu-prozesu edo estalduraren beste prozesu edo estaldura batzuen konbinazioari egiten dio erreferentzia, bi gainazal/azal bereizi erabiliz substratuaren materialaren gainazala aldatzeko, gainazal tratamendu prozesu bakar batek lortu ezin dituen propietate mekaniko konposatuak lortzeko. .Nitrurazio ioikoen eta PVD bidez metatutako TiN estaldura konposatua gehien ikertu diren estaldura konposatuetako bat da.Plasma nitrurazioaren substratuak eta TiN zeramikazko estaldura konposatuak lotura sendoa dute eta higadura-erresistentzia nabarmen hobetzen da.
TiN film geruzaren lodiera optimoa higadura erresistentzia bikainarekin eta filmaren oinarri-loturarekin 3 ~ 4μm ingurukoa da.Film-geruzaren lodiera 2μm baino txikiagoa bada, higadura-erresistentzia ez da nabarmen hobetuko.Filmaren geruzaren lodiera 5μm baino gehiagokoa bada, filmaren oinarriaren lotura murriztu egingo da.
2, geruza anitzeko, osagai anitzeko TiN estaldura
TiN estaldurak pixkanaka-pixkanaka eta hedatuta daudenez, gero eta ikerketa gehiago daude TiN estaldurak nola hobetu eta hobetzeko.Azken urteotan, osagai anitzeko estaldurak eta geruza anitzeko estaldurak garatu dira TiN estaldura bitarretan oinarrituta, hala nola Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN. /Al2O3, etab. TiN estaldurei Al eta Si bezalako elementuak gehituz, tenperatura altuko oxidazioarekiko erresistentzia eta estalduren gogortasuna hobetu daitezke, eta B bezalako elementuak gehitzeak estalduren gogortasuna eta atxikimendu-indarra hobetu dezake.
Osagai anitzeko konposizioaren konplexutasuna dela eta, ikerketa honetan eztabaida ugari daude.(Tix,Cr1-x)N osagai anitzeko estalduren azterketan, polemika handia dago ikerketaren emaitzetan.Batzuek uste dute (Tix,Cr1-x)N estaldurak TiN-n oinarritzen direla eta Cr TiN puntu matrizean ordezko soluzio solido moduan bakarrik egon daitekeela, baina ez CrN fase bereizi gisa.Beste ikerketek erakusten dute (Tix,Cr1-x)N estalduretan Ti atomoak zuzenean ordezkatzen dituzten Cr atomoen kopurua mugatua dela, eta gainerako Cr-a singlete-egoeran existitzen dela edo N-rekin konposatuak eratzen ditu. Emaitza esperimentalek erakusten dute Cr gehitzeak. estaldurari gainazaleko partikulen tamaina murrizten du eta gogortasuna handitzen du, eta estalduraren gogortasuna bere balio gorenera iristen da Cr-ren masa-portzentajea % 3lra iristen denean, baina estalduraren barne-tentsioa ere bere balio maximoa iristen da.
3、Beste estaldura geruza
Gehien erabiltzen diren TiN estaldurez gain, ingeniaritza zeramika ezberdin asko erabiltzen dira engranajeen gainazala sendotzeko.
(1)Y.Terauchi et al.Japoniako titanio karburoaren edo titanio nitruroaren zeramikazko engranajeen marruskadura-higaduraren erresistentzia aztertu zuen lurrun-deposizioaren metodoaren bidez.Engranajeak karburizatu eta leundu ziren estaldura baino lehen HV720 inguruko gainazaleko gogortasuna eta gainazaleko zimurtasuna lortzeko, eta estaldura zeramikazkoak lurrun-deposizio kimikoaren bidez (CVD) prestatu ziren titaniozko karburorako eta lurrun-deposizio fisikoaren bidez (PVD). titanio nitruroa, 2 μm inguruko film zeramikazko lodiera duena.Marruskadura-higadura-propietateak olioaren eta marruskadura lehorren presentzian ikertu ziren, hurrenez hurren.Zeramikaz estali ondoren, engranaje-morroaren urradura-erresistentzia eta marradura-erresistentzia nabarmen hobetu ziren.
(2)Kimikoki estalitako Ni-P eta TiN-en estaldura konposatua prestatu zen Ni-P trantsizio geruza gisa aurrez estaliz eta gero TiN jarriz.Azterketak erakusten du estaldura konposatu honen gainazaleko gogortasuna neurri batean hobetu dela, eta estaldura substratuarekin hobeto lotzen dela eta higadura erresistentzia hobea duela.
(3) WC/C, B4C film mehea
M. Murakawa et al., Ingeniaritza Mekanikoko Saileko, Japoniako Teknologia Institutua, PVD teknologia erabili zuten WC/C film mehea engranajeen gainazalean uzteko, eta bere bizitza iraupena olioaren azpian itzali eta ehotutako engranaje arruntena baino hiru aldiz handiagoa zen. lubrifikazio libreko baldintzak.Franz J et al.PVD teknologia erabili zuen WC/C eta B4C film mehea FEZ-A eta FEZ-C engranajeen gainazalean uzteko, eta esperimentuak erakutsi zuen PVD estaldurak engranajeen marruskadura nabarmen murrizten zuela, engranajeak ez zuela bero-itsatsi edo itsatsirik jasan. eta engranajearen karga-ahalmena hobetu zuen.
(4) CrN filmak
CrN filmak TiN filmen antzekoak dira, gogortasun handiagoa dutelako, eta CrN filmak TiN baino tenperatura altuko oxidazioarekiko erresistenteagoak dira, korrosioarekiko erresistentzia hobea dute, TiN filmek baino barne-tentsio txikiagoa dute eta gogortasun nahiko hobea dute.Chen Ling-ek higadura-erresistentea duen TiAlCrN/CrN film konposatu bat prestatu zuen HSS-ren gainazalean filmetan oinarritutako lotura bikainarekin, eta geruza anitzeko filmaren dislokazio-pilaketaren teoria ere proposatu zuen, bi geruzen arteko dislokazio-energiaren aldea handia bada, dislokazioa gertatzen da. geruza batean zaila izango da bere interfazea beste geruzara gurutzatzea, horrela dislokazio-pilaketa eratuz interfazean eta materiala indartzeko papera betez.Zhong Bin et-ek nitrogeno-edukiaren eragina aztertu zuten CrNx filmen fase-egituran eta marruskadura-higadura-propietateetan, eta azterketak erakutsi zuen filmen Cr2N (211) difrakzio-gailurra pixkanaka ahuldu egin zela eta CrN (220) gailurra pixkanaka hobetu zela igoerarekin. N2 edukiaz, filmaren gainazaleko partikula handiak pixkanaka gutxitzen joan ziren eta gainazala laua izan ohi zen.N2 aireztapena 25 ml/min-koa denean (helburu-iturriaren arku-korrontea 75 A zen, metatutako CrN filmak gainazaleko kalitate ona, gogortasun ona eta higadura-erresistentzia bikaina ditu N2 aireztapena 25 ml/min denean (helburu-iturriaren arku-korrontea 75A da, negatiboa). presioa 100V da).
(5) Film supergogorra
Film supergogorra 40GPa baino gogortasun handiagoa duen film solidoa da, higadura erresistentzia bikaina, tenperatura altuko erresistentzia eta marruskadura koefiziente baxua eta hedapen termiko koefiziente baxua, batez ere diamante amorfoa eta CN filma.Diamante amorfo-filmek propietate amorfoak dituzte, ez dute epe luzeko egitura ordenaturik eta CC lotura tetraedriko ugari dituzte, beraz karbono-film amorfo tetraedrikoak ere deitzen zaizkie.Karbonozko film amorfo moduko gisa, diamante antzeko estaldurak (DLC) diamantearen antzeko propietate bikainak ditu, hala nola eroankortasun termiko handia, gogortasun handia, modulu elastiko handia, hedapen termiko koefiziente baxua, egonkortasun kimiko ona, higadura erresistentzia ona eta marruskadura koefiziente baxua.Frogatuta dago engranajeen gainazaletan diamante antzeko filmak estaltzeak zerbitzu-bizitza 6 faktore batean luza dezakeela eta nekearen erresistentzia nabarmen hobetu dezakeela.CN filmek, karbono-nitrogenozko film amorfo izenez ere ezagunak, β-Si3N4 konposatu kobalenteen antzeko kristal-egitura dute eta β-C3N4 izenez ere ezagutzen dira.Liu eta Cohen et al.kalkulu teoriko zorrotzak egin zituen lehen naturaren printzipioaren pseudopotentzialen bandaren kalkuluak erabiliz, β-C3N4-k lotura-energia handia duela, egitura mekaniko egonkorra duela, egoera subegonkor bat gutxienez egon daitekeela eta bere modulu elastikoa diamantearen parekoa dela baieztatu zuen, propietate onekin, materialaren gainazaleko gogortasuna eta higadura erresistentzia eraginkortasunez hobetu eta marruskadura koefizientea murrizteko.
(6) Higadurari aurre egiteko beste estaldura-geruza bat
Higadurari aurre egiteko estaldura batzuk ere saiatu dira engranajeetan aplikatzen, adibidez, 45 # altzairuzko engranajeen hortzen gainazalean Ni-P-Co aleazio geruzaren deposizioa aleazio-geruza bat da ale ultra-fine antolakuntza lortzeko, eta horrek bizitza 1.144 ~ 1.533 aldiz luzatu dezake.Era berean, aztertu da Cu metalezko geruza eta Ni-W aleazio estaldura Cu-Cr-P aleazioko burdinurtuzko engranajeen hortzen gainazalean bere indarra hobetzeko;Ni-W eta Ni-Co aleaziozko estaldurak HT250 burdinurtuzko engranajeen hortzen gainazalean aplikatzen dira higadura-erresistentzia 4 ~ 6 aldiz hobetzeko estali gabeko engranajearekin alderatuta.
Argitalpenaren ordua: 2022-07-2022