PVD-pinnoitustekniikkaa on harjoitettu useiden vuosien ajan uutena pinnanmuokkausteknologiana, erityisesti tyhjiöionipinnoitusteknologiana, joka on kehittynyt voimakkaasti viime vuosina ja jota käytetään nyt laajalti työkalujen, muottien, männänrenkaiden, hammaspyörien ja muiden komponenttien käsittelyssä. .Tyhjiö-ionipinnoitustekniikalla valmistetut päällystetyt hammaspyörät voivat vähentää merkittävästi kitkakerrointa, parantaa kulumisenestoa ja tiettyä korroosionestoa, ja niistä on tullut vaihteiston pinnanvahvistustekniikan tutkimuksen painopiste ja kuuma piste.
Yleisimmät hammaspyörien materiaalit ovat pääosin taottu teräs, valuteräs, valurauta, ei-rautametallit (kupari, alumiini) ja muovit.Teräs on pääasiassa 45 terästä, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Vähähiilinen teräs, jota käytetään pääasiassa 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.Taottua terästä käytetään laajemmin hammaspyörissä sen paremman suorituskyvyn vuoksi, kun taas valuterästä käytetään yleensä halkaisijaltaan > 400 mm ja monimutkaisen rakenteensa olevien hammaspyörien valmistukseen.Valurautaiset hammaspyörät ovat liima- ja pistekestävyyttä, mutta iskunkestävyyden ja kulutuskestävyyden puute, pääasiassa vakaaseen työhön, teho ei ole pieni nopeus tai suuri koko ja monimutkainen muoto, voi toimia voitelun puutteessa, sopii avoimeen tarttuminen.Yleisesti käytetty ei-rautametalli on tinapronssi, alumiini-rautapronssi ja valualumiiniseos, jota käytetään yleisesti turbiinien tai hammaspyörien valmistuksessa, mutta liuku- ja kitkanesto-ominaisuudet ovat huonot, vain kevyessä, keskisuuressa kuormassa ja hitailla nopeuksilla. vaihteet.Ei-metallisista materiaaleista valmistettuja vaihteita käytetään pääasiassa joillakin aloilla, joilla on erityisvaatimuksia, kuten öljytön voitelu ja korkea luotettavuus.Olosuhteet, kuten alhainen saastuminen, kuten kodinkoneet, lääketieteelliset laitteet, elintarvikekoneet ja tekstiilikoneet.
Vaihteiston pinnoitusmateriaalit
Tekniset keraamiset materiaalit ovat erittäin lupaavia materiaaleja, joilla on korkea lujuus ja kovuus, erityisen erinomainen lämmönkestävyys, alhainen lämmönjohtavuus ja lämpölaajeneminen, korkea kulutuskestävyys ja hapettumisenkestävyys.Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että keraamiset materiaalit ovat luonnostaan lämmönkestäviä ja niillä on vähän metallien kulumista.Siksi keraamisten materiaalien käyttö metallimateriaalien sijaan kulutusta kestävissä osissa voi parantaa kitkan käyttöikää, täyttää osan korkeista lämpötiloista ja erittäin kulutusta kestävistä materiaaleista, monitoimisista ja muista kovista vaatimuksista.Tällä hetkellä teknisiä keraamisia materiaaleja on käytetty moottorin kuumuutta kestävien osien, kulutusosien mekaanisen voimansiirron, korroosionkestävien osien ja tiivistysosien kemiallisten laitteiden valmistuksessa, mikä osoittaa yhä enemmän keraamisten materiaalien laajaa soveltamista.
Kehittyneet maat, kuten Saksa, Japani, Yhdysvallat, Iso-Britannia ja muut maat pitävät erittäin tärkeänä teknisten keraamisten materiaalien kehittämistä ja soveltamista, investoivat paljon rahaa ja työvoimaa teknisen keramiikan käsittelyteorian ja -teknologian kehittämiseen.Saksa on käynnistänyt SFB442-nimisen ohjelman, jonka tarkoituksena on PVD-teknologian avulla syntetisoida sopiva kalvo osien pinnalle korvaamaan ympäristölle ja ihmiskeholle mahdollisesti haitallinen voiteluaine.PW Gold ja muut saksalaiset käyttivät SFB442:n rahoitusta soveltaakseen PVD-tekniikkaa ohuiden kalvojen levittämiseen vierintälaakerien pinnalle ja havaitsivat, että vierintälaakerien kulumisenestokyky parani merkittävästi ja pinnalle kerrostuneet kalvot voisivat korvata äärimmäisen paineen kulumisenestoaineiden toiminta.Joachim, Franz et ai.Saksassa käytettiin PVD-tekniikkaa WC/C-kalvojen valmistukseen, joilla on erinomaiset väsymisenesto-ominaisuudet, korkeammat kuin EP-lisäaineita sisältävillä voiteluaineilla, mikä antaa samalla mahdollisuuden korvata haitalliset lisäaineet pinnoitteilla.E. Lugscheider et ai.Aachenin teknisen yliopiston materiaalitieteiden instituutin tutkimus DFG:n (Saksan tutkimuskomissio) rahoituksella osoitti väsymiskestävyyden huomattavan lisääntyneen sen jälkeen, kun 100Cr6-teräkselle oli levitetty sopivat kalvot PVD-tekniikalla.Lisäksi yhdysvaltalainen General Motors on aloittanut VolvoS80Turbo-tyyppisen auton vaihteiston pintapinnoituskalvon parantamaan väsymispisteen vastustuskykyä;kuuluisa Timken-yhtiö on julkaissut nimen ES200 hammaspyörän pintakalvo;rekisteröity tavaramerkki MAXIT gear coating on ilmestynyt Saksassa;rekisteröity tavaramerkki Graphit-iC ja Dymon-iC Gear-pinnoitteet rekisteröidyillä tavaramerkeillä Graphit-iC ja Dymon-iC ovat myös saatavilla Isossa-Britanniassa.
Tärkeänä mekaanisen voimansiirron varaosina hammaspyörät ovat tärkeässä roolissa teollisuudessa, joten on erittäin tärkeää käytännön merkitystä tutkia keraamisten materiaalien käyttöä hammaspyörissä.Tällä hetkellä hammaspyöriin sovellettu tekninen keramiikka on pääasiassa seuraava.
1、TiN-pinnoitekerros
1,TiN
Ionipinnoite TiN keraaminen kerros on yksi laajimmin käytetyistä pintamodifioiduista pinnoitteista, joilla on korkea kovuus, korkea adheesion lujuus, alhainen kitkakerroin, hyvä korroosionkestävyys jne. Sitä on käytetty laajasti eri aloilla, erityisesti työkalu- ja muottiteollisuudessa.Suurin syy hammaspyörien keraamisen pinnoitteen levittämiseen on keraamisen pinnoitteen ja alustan välinen tarttumisongelma.Koska hammaspyörien työolosuhteet ja vaikuttavat tekijät ovat paljon monimutkaisempia kuin työkalujen ja muottien, yhden TiN-pinnoitteen levittäminen hammaspyörien pintakäsittelyyn on huomattavasti rajoitettua.Vaikka keraamisen pinnoitteen etuna on korkea kovuus, alhainen kitkakerroin ja korroosionkestävyys, se on hauras ja vaikeampi saada paksumpaa pinnoitetta, joten se tarvitsee korkean kovuuden ja lujan alustan tukemaan pinnoitetta voidakseen pelata sen ominaisuuksia.Siksi keraamista pinnoitetta käytetään enimmäkseen kovametalli- ja pikateräspinnoille.Vaihteistomateriaali on pehmeää keraamiseen materiaaliin verrattuna ja ero substraatin ja pinnoitteen luonteen välillä on suuri, joten pinnoitteen ja alustan yhdistelmä on huono, eikä pinnoite riitä tukemaan pinnoitetta, jolloin pinnoite on helppo pudota käytön aikana, ei vain voi käyttää keraamisen pinnoitteen etuja, vaan irtoavat keraamisen pinnoitteen hiukkaset aiheuttavat hankaavaa kulumista vaihteistoon, mikä nopeuttaa vaihteiston kulumista.Nykyinen ratkaisu on käyttää komposiittipintakäsittelytekniikkaa keramiikan ja alustan välisen sidoksen parantamiseksi.Komposiittipintakäsittelyteknologialla tarkoitetaan fysikaalisen höyrypinnoituspinnoitteen ja muiden pintakäsittelyprosessien tai pinnoitteiden yhdistelmää, jossa käytetään kahta erillistä pintaa/aluspintaa substraattimateriaalin pinnan muokkaamiseen, jotta saadaan komposiittimekaanisia ominaisuuksia, joita ei voida saavuttaa yhdellä pintakäsittelyprosessilla. .Ioninitridauksella ja PVD:llä kerrostettu TiN-komposiittipinnoite on yksi tutkituimmista komposiittipinnoitteista.Plasman nitraussubstraatilla ja keraamisella TiN-komposiittipinnoitteella on vahva sidos ja kulutuskestävyys paranee merkittävästi.
TiN-kalvokerroksen optimaalinen paksuus, jolla on erinomainen kulutuskestävyys ja kalvopohjan kiinnitys, on noin 3 ~ 4 μm.Jos kalvokerroksen paksuus on alle 2 μm, kulutuskestävyys ei parane merkittävästi.Jos kalvokerroksen paksuus on yli 5 μm, kalvon pohjan sidos heikkenee.
2、Monikerroksinen, monikomponenttinen TiN-pinnoite
TiN-pinnoitteiden asteittainen ja laajalle levinneen käytön myötä on olemassa yhä enemmän tutkimuksia siitä, miten TiN-pinnoitteita voidaan parantaa ja parantaa.Viime vuosina on kehitetty monikomponenttisia pinnoitteita ja monikerroksisia pinnoitteita, jotka perustuvat binäärisiin TiN-pinnoitteisiin, kuten Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN. /Al2O3 jne. Lisäämällä TiN-pinnoitteisiin elementtejä, kuten Al ja Si, voidaan parantaa pinnoitteiden korkean lämpötilan hapettumisenkestävyyttä ja kovuutta, kun taas B:n kaltaisten elementtien lisääminen voi parantaa pinnoitteiden kovuutta ja adheesiolujuutta.
Monikomponenttisen koostumuksen monimutkaisuuden vuoksi tässä tutkimuksessa on monia ristiriitoja.(Tix,Cr1-x)N-monikomponenttipinnoitteiden tutkimuksessa tutkimustuloksissa on suuri ristiriita.Jotkut uskovat, että (Tix,Cr1-x)N-pinnoitteet perustuvat TiN:ään ja Cr voi olla vain korvaavan kiinteän liuoksen muodossa TiN-pistematriisissa, mutta ei erillisenä CrN-faasina.Muut tutkimukset osoittavat, että Ti-atomeja suoraan korvaavien Cr-atomien määrä (Tix,Cr1-x)N-pinnoitteissa on rajoitettu, ja jäljelle jäänyt Cr on singlettitilassa tai muodostaa yhdisteitä N:n kanssa. Kokeet osoittavat, että Cr:n lisääminen Pinnoite pienentää pintahiukkaskokoa ja lisää kovuutta, ja pinnoitteen kovuus saavuttaa korkeimman arvonsa, kun Cr:n massaprosentti saavuttaa 3l%, mutta myös pinnoitteen sisäinen jännitys saavuttaa maksimiarvonsa.
3、Muu pinnoitekerros
Yleisesti käytettyjen TiN-pinnoitteiden lisäksi hammaspyörien pinnan vahvistamiseen käytetään monia erilaisia teknisiä keramiikkaa.
(1)Y.Terauchi et ai.Japanilainen tutki titaanikarbidi- tai titaaninitridi-keraamisten hammaspyörien kitkakulumisen kestävyyttä höyrypinnoitusmenetelmällä.Hammaspyörät hiilettiin ja kiillotettiin siten, että pinnan kovuus oli noin HV720 ja pinnan karheus 2,4 μm ennen pinnoitusta, ja keraamiset pinnoitteet valmistettiin kemiallisella höyrypinnoituksella (CVD) titaanikarbidille ja fysikaalisella höyrypinnoituksella (PVD) titaaninitridi, jonka keraamisen kalvon paksuus on noin 2 μm.Kitkan kulumisominaisuuksia tutkittiin öljyn ja kuivakitkan läsnä ollessa, vastaavasti.Havaittiin, että vaihteistoruuvin naarmuuntumisenkestävyys ja naarmuuntumisenkestävyys paranivat oleellisesti keraamisella pinnoituksella.
(2) Kemiallisesti päällystetyn Ni-P:n ja TiN:n komposiittipinnoite valmistettiin esipinnoittamalla Ni-P siirtymäkerroksena ja kerrostamalla sitten TiN.Tutkimus osoittaa, että tämän komposiittipinnoitteen pintakovuus on jossain määrin parantunut ja pinnoite sitoutuu paremmin alustaan ja sillä on parempi kulutuskestävyys.
(3) WC/C, B4C ohutkalvo
M. Murakawa et al., Japan Institute of Technologyn konetekniikan laitos, käyttivät PVD-tekniikkaa WC/C-ohutkalvon kerrostamiseen hammaspyörien pinnalle, ja sen käyttöikä oli kolme kertaa tavallisten jäähdytettyjen ja hiottujen vaihteiden käyttöikä öljyn alla. vapaat voiteluolosuhteet.Franz J et ai.käytti PVD-tekniikkaa WC/C- ja B4C-ohutkalvon levittämiseen FEZ-A- ja FEZ-C-vaihteiden pinnalle, ja koe osoitti, että PVD-pinnoite vähensi merkittävästi hammaspyörän kitkaa, teki vaihteesta vähemmän herkkiä kuumaliimaukselle tai liimaamiselle, ja paransi vaihteiston kantokykyä.
(4) CrN-kalvot
CrN-kalvot ovat samanlaisia kuin TiN-kalvot siinä suhteessa, että niillä on korkeampi kovuus, ja CrN-kalvot kestävät paremmin korkean lämpötilan hapettumista kuin TiN, niillä on parempi korroosionkestävyys, pienempi sisäinen jännitys kuin TiN-kalvoilla ja suhteellisen parempi sitkeys.Chen Ling et valmisti kulutusta kestävän TiAlCrN/CrN-komposiittikalvon, jolla oli erinomainen kalvopohjainen sidos HSS:n pinnalle, ja ehdottivat myös monikerroksisen kalvon dislokaatiopinoamisteoriaa, jos kahden kerroksen dislokaatioenergia-ero on suuri, dislokaatio tapahtuu. Yhdessä kerroksessa on vaikea ylittää sen rajapinta toiseen kerrokseen, jolloin muodostuu dislokaatiopinoutuminen rajapinnalle ja toimii materiaalin vahvistajana.Zhong Bin et tutki typpipitoisuuden vaikutusta CrNx-kalvojen faasirakenteeseen ja kitkakulumisominaisuuksiin, ja tutkimus osoitti, että kalvojen Cr2N (211) -diffraktiohuippu heikkeni vähitellen ja CrN (220) -piikki vahvistui vähitellen lisääntymisen myötä. N2-pitoisuudesta, suuret hiukkaset kalvon pinnalla vähenivät vähitellen ja pinnalla oli taipumus olla tasainen.Kun N2-ilmastus oli 25 ml/min (tavoitelähdekaarivirta oli 75 A, kerrostuneella CrN-kalvolla on hyvä pinnanlaatu, hyvä kovuus ja erinomainen kulutuskestävyys, kun N2-ilmastus on 25 ml/min (tavoitelähdekaarivirta on 75 A, negatiivinen paine on 100V).
(5) Superkova elokuva
Superhard kalvo on kiinteä kalvo, jonka kovuus on yli 40 GPa, erinomainen kulutuskestävyys, korkea lämpötilankesto ja alhainen kitkakerroin ja alhainen lämpölaajenemiskerroin, pääasiassa amorfinen timanttikalvo ja CN-kalvo.Amorfisilla timanttikalvoilla on amorfisia ominaisuuksia, ei pitkän kantaman järjestettyä rakennetta ja ne sisältävät suuren määrän CC-tetraedrisidoksia, joten niitä kutsutaan myös tetraedrisiksi amorfisiksi hiilikalvoiksi.Eräänlaisena amorfisena hiilikalvona timantin kaltaisella pinnoitteella (DLC) on monia erinomaisia ominaisuuksia, jotka muistuttavat timanttia, kuten korkea lämmönjohtavuus, korkea kovuus, korkea kimmokerroin, alhainen lämpölaajenemiskerroin, hyvä kemiallinen stabiilisuus, hyvä kulutuskestävyys ja alhainen kitkakerroin.On osoitettu, että timanttimaisten kalvojen päällystäminen hammaspyörien pinnoilla voi pidentää käyttöikää kertoimella 6 ja parantaa merkittävästi väsymiskestävyyttä.CN-kalvoilla, jotka tunnetaan myös amorfisina hiili-typpikalvoina, on samanlainen kiderakenne kuin β-Si3N4-kovalenttisten yhdisteiden kiderakenne, ja ne tunnetaan myös nimellä β-C3N4.Liu ja Cohen et ai.suoritti tiukkoja teoreettisia laskelmia käyttämällä pseudopotentiaalikaistalaskelmia ensimmäisen luonnon periaatteesta ja vahvisti, että β-C3N4:llä on suuri sitoutumisenergia, vakaa mekaaninen rakenne, ainakin yksi alistabiili tila voi olla olemassa ja sen kimmomoduuli on verrattavissa timanttiin, hyvillä ominaisuuksilla, jotka voivat tehokkaasti parantaa materiaalin pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä ja vähentää kitkakerrointa.
(6) Muun seoksen kulutusta kestävä pinnoitekerros
Joitakin metalliseosten kulutusta kestäviä pinnoitteita on myös yritetty levittää hammaspyörille, esimerkiksi Ni-P-Co-seoskerroksen kerrostaminen 45# teräshammaspyörän hampaan pinnalle on seoskerros ultrahienoraeorganisaation aikaansaamiseksi, joka voi pidentää käyttöikää jopa 1,144-1,533 kertaa.On myös tutkittu, että Cu-Cr-P-seoksesta valmistettujen valurautapyörien hampaan pinnalle levitetään Cu-metallikerrosta ja Ni-W-seospinnoitetta sen lujuuden parantamiseksi;Ni-W- ja Ni-Co-seospinnoite levitetään HT250-valurautavaihteiston hampaan pinnalle parantamaan kulumiskestävyyttä 4-6 kertaa pinnoittamattomaan vaihteeseen verrattuna.
Postitusaika: 07.11.2022