A tecnoloxía de deposición PVD practicouse durante moitos anos como unha nova tecnoloxía de modificación da superficie, especialmente a tecnoloxía de revestimento de ións ao baleiro, que gañou un gran desenvolvemento nos últimos anos e que agora se usa amplamente no tratamento de ferramentas, moldes, aneis de pistón, engrenaxes e outros compoñentes. .As engrenaxes revestidas preparadas pola tecnoloxía de revestimento de ións ao baleiro poden reducir significativamente o coeficiente de fricción, mellorar o antidesgaste e certos anticorrosivos e convertéronse no foco e punto quente da investigación no campo da tecnoloxía de reforzo da superficie das engrenaxes.
Os materiais comúns utilizados para os engrenaxes son principalmente aceiro forxado, aceiro fundido, ferro fundido, metais non férreos (cobre, aluminio) e plásticos.O aceiro é principalmente aceiro 45, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl.Aceiro baixo en carbono usado principalmente en 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo.O aceiro forxado úsase máis nos engrenaxes polo seu mellor rendemento, mentres que o aceiro fundido adoita usarse para fabricar engrenaxes con diámetro > 400 mm e estrutura complexa.Engrenaxes de fundición anti-cola e resistencia ás picaduras, pero a falta de resistencia ao impacto e ao desgaste, principalmente para traballos estables, a potencia non é de baixa velocidade ou de gran tamaño e forma complexa, pode funcionar baixo a condición de falta de lubricación, axeitado para aberto. transmisión.Os metais non férreos que se usan habitualmente son o bronce de estaño, o bronce aluminio-ferro e a aliaxe de aluminio de fundición, que se usan habitualmente na fabricación de turbinas ou engrenaxes, pero as propiedades de deslizamento e antifricción son pobres, só para carga lixeira, media e baixa velocidade. engrenaxes.Os engrenaxes de materiais non metálicos úsanse principalmente nalgúns campos con requisitos especiais, como a lubricación sen aceite e a alta fiabilidade.O campo de condicións como a baixa contaminación, como electrodomésticos, equipos médicos, maquinaria alimentaria e maquinaria téxtil.
Materiais de revestimento de engrenaxes
Os materiais cerámicos de enxeñería son materiais moi prometedores con alta resistencia e dureza, especialmente unha excelente resistencia á calor, baixa condutividade térmica e expansión térmica, alta resistencia ao desgaste e á oxidación.Un gran número de estudos demostraron que os materiais cerámicos son inherentemente resistentes á calor e teñen un baixo desgaste dos metais.Polo tanto, o uso de materiais cerámicos en lugar de materiais metálicos para pezas resistentes ao desgaste pode mellorar a vida útil do subterráneo de fricción, pode cumprir algúns dos materiais resistentes ao desgaste e de alta temperatura, multifuncionais e outros requisitos estrictos.Na actualidade, os materiais cerámicos de enxeñería foron utilizados na fabricación de pezas resistentes á calor do motor, transmisión mecánica nas pezas de desgaste, equipos químicos nas pezas resistentes á corrosión e pezas de selado, mostran cada vez máis a ampla aplicación de perspectivas de materiais cerámicos.
Os países desenvolvidos como Alemaña, Xapón, Estados Unidos, Reino Unido e outros países conceden gran importancia ao desenvolvemento e aplicación de materiais cerámicos de enxeñería, investindo moito diñeiro e man de obra para desenvolver a teoría e tecnoloxía de procesamento da cerámica de enxeñería.Alemaña lanzou un programa chamado "SFB442", cuxo propósito é utilizar a tecnoloxía PVD para sintetizar unha película adecuada na superficie das pezas para substituír o medio lubricante potencialmente prexudicial para o medio ambiente e o corpo humano.PW Gold e outros en Alemaña utilizaron o financiamento de SFB442 para aplicar a tecnoloxía PVD para depositar películas finas na superficie dos rodamentos e descubriron que o rendemento antidesgaste dos rodamentos mellorou significativamente e que as películas depositadas na superficie poderían substituír completamente o función de aditivos antidesgaste de extrema presión.Joachim, Franz et al.en Alemaña utilizou a tecnoloxía PVD para preparar películas WC/C que demostran excelentes propiedades antifatiga, superiores ás dos lubricantes que conteñen aditivos EP, un resultado que dá igualmente a posibilidade de substituír aditivos nocivos por revestimentos.E. Lugscheider et al.do Instituto de Ciencia de Materiais da Universidade Técnica de Aquisgrán, Alemaña, con financiamento da DFG (Comisión Alemá de Investigación), demostrou un aumento significativo da resistencia á fatiga despois de depositar películas axeitadas sobre aceiro 100Cr6 usando tecnoloxía PVD.Ademais, a General Motors dos Estados Unidos comezou coa súa película de deposición de superficie de engrenaxes tipo VolvoS80Turbo para mellorar a resistencia á fatiga;a famosa empresa Timken lanzou o nome de película de superficie de engrenaxes ES200;O revestimento de engrenaxes da marca rexistrada MAXIT apareceu en Alemaña;marca rexistrada Graphit-iC e Dymon-iC, respectivamente. Os revestimentos Gear coas marcas rexistradas Graphit-iC e Dymon-iC tamén están dispoñibles no Reino Unido.
Como pezas de reposto importantes da transmisión mecánica, as engrenaxes xogan un papel importante na industria, polo que é de importancia práctica moi importante estudar a aplicación de materiais cerámicos en engrenaxes.Na actualidade, as cerámicas de enxeñería aplicadas aos engrenaxes son principalmente as seguintes.
1 、 capa de revestimento de TiN
1, TiN
A capa cerámica TiN de revestimento iónico é un dos revestimentos modificados de superficie máis utilizados con alta dureza, alta resistencia de adhesión, baixo coeficiente de fricción, boa resistencia á corrosión, etc. Foi amplamente utilizado en varios campos, especialmente na industria de ferramentas e moldes.O principal motivo que afecta a aplicación do revestimento cerámico nos engrenaxes é o problema de unión entre o revestimento cerámico e o substrato.Dado que as condicións de traballo e os factores de influencia das engrenaxes son moito máis complicadas que as das ferramentas e os moldes, a aplicación dun único revestimento de TiN no tratamento da superficie das engrenaxes está moi restrinxida.Aínda que o revestimento cerámico ten as vantaxes de alta dureza, baixo coeficiente de fricción e resistencia á corrosión, é fráxil e difícil de obter un revestimento máis groso, polo que necesita un substrato de alta dureza e alta resistencia para soportar o revestimento para poder reproducir as súas características.Polo tanto, o revestimento cerámico úsase principalmente para superficies de carburo e aceiro de alta velocidade.O material do engrenaxe é suave en comparación co material cerámico, e a diferenza entre a natureza do substrato e o revestimento é grande, polo que a combinación do revestimento e do substrato é pobre e o revestimento non é suficiente para soportar o revestimento, facendo O revestimento é fácil de caer no proceso de uso, non só non pode xogar as vantaxes do revestimento cerámico, senón que as partículas de revestimento cerámico que se despren provocarán un desgaste abrasivo na engrenaxe, acelerando a perda de desgaste da engrenaxe.A solución actual é utilizar tecnoloxía de tratamento de superficie composta para mellorar a unión entre a cerámica e o substrato.A tecnoloxía de tratamento de superficie composta refírese á combinación de revestimentos físicos por deposición de vapor e outros procesos ou revestimentos de tratamento de superficies, utilizando dúas superficies/subsuperficies separadas para modificar a superficie do material do substrato para obter propiedades mecánicas compostas que non se poden acadar mediante un único proceso de tratamento de superficie. .O revestimento composto de TiN depositado por nitruración iónica e PVD é un dos revestimentos compostos máis investigados.O substrato de nitruración de plasma e o revestimento composto de cerámica TiN teñen unha forte unión e a resistencia ao desgaste mellora significativamente.
O grosor óptimo da capa de película TiN cunha excelente resistencia ao desgaste e unión de base de película é de aproximadamente 3 ~ 4 μm.Se o espesor da capa de película é inferior a 2 μm, a resistencia ao desgaste non mellorará significativamente.Se o espesor da capa de película é superior a 5 μm, a unión da base da película diminuirá.
2, revestimento de TiN multicapa e multicompoñente
Coa aplicación gradual e xeneralizada dos revestimentos de TiN, hai cada vez máis investigacións sobre como mellorar e mellorar os revestimentos de TiN.Nos últimos anos, desenvolvéronse revestimentos multicompoñente e revestimentos multicapa baseados en revestimentos de TiN binarios, como Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN. /Al2O3, etc. Engadindo elementos como Al e Si aos revestimentos de TiN, pódese mellorar a resistencia á oxidación a alta temperatura e a dureza dos revestimentos, mentres que engadindo elementos como B pode mellorar a dureza e a forza de adhesión dos revestimentos.
Debido á complexidade da composición multicompoñente, hai moitas controversias neste estudo.No estudo dos revestimentos multicompoñentes (Tix,Cr1-x)N, hai unha gran controversia nos resultados da investigación.Algunhas persoas cren que os revestimentos (Tix,Cr1-x)N están baseados en TiN, e que o Cr só pode existir en forma de solución sólida de substitución na matriz de puntos TiN, pero non como unha fase separada de CrN.Outros estudos mostran que o número de átomos de Cr que substitúen directamente os átomos de Ti nos revestimentos (Tix,Cr1-x)N é limitado, e o Cr restante existe en estado singlete ou forma compostos con N. Os resultados experimentais mostran que a adición de Cr ao revestimento reduce o tamaño das partículas da superficie e aumenta a dureza, e a dureza do revestimento alcanza o seu valor máis alto cando a porcentaxe de masa de Cr alcanza o 3l%, pero a tensión interna do revestimento tamén alcanza o seu valor máximo.
3 、 Outra capa de revestimento
Ademais dos revestimentos de TiN de uso común, utilízanse moitas cerámicas de enxeñería diferentes para o reforzo da superficie das engrenaxes.
(1) Y.Terauchi et al.de Xapón estudou a resistencia ao desgaste por fricción dos engrenaxes cerámicos de carburo de titanio ou nitruro de titanio depositados polo método de deposición de vapor.Os engrenaxes foron cementados e pulidos para acadar unha dureza superficial de aproximadamente HV720 e unha rugosidade superficial de 2,4 μm antes do revestimento, e os revestimentos cerámicos preparáronse mediante deposición química de vapor (CVD) para o carburo de titanio e mediante deposición física de vapor (PVD) para nitruro de titanio, cun espesor de película cerámica duns 2 μm.Investigáronse as propiedades de desgaste por rozamento en presenza de aceite e fricción seca, respectivamente.Descubriuse que a resistencia á abrasión e á resistencia aos arañazos da mordaza de engrenaxe mellorou substancialmente despois do recubrimento con cerámica.
(2) Preparouse o revestimento composto de Ni-P e TiN revestidos químicamente mediante o pre-revestimento de Ni-P como capa de transición e despois depositando TiN.O estudo mostra que a dureza superficial deste revestimento composto mellorou ata certo punto, e o revestimento está mellor unido ao substrato e ten unha mellor resistencia ao desgaste.
(3) WC/C, película fina B4C
M. Murakawa et al., do Departamento de Enxeñaría Mecánica do Instituto Tecnolóxico de Xapón, utilizaron a tecnoloxía PVD para depositar unha película delgada WC/C na superficie dos engrenaxes, e a súa vida útil foi tres veces a das engrenaxes normalizadas e rectificadas baixo aceite. condicións de lubricación libre.Franz J et al.utilizou a tecnoloxía PVD para depositar unha película delgada WC/C e B4C na superficie das engrenaxes FEZ-A e FEZ-C, e o experimento demostrou que o revestimento PVD reduciu significativamente a fricción das engrenaxes, facendo que a engrenaxe fose menos susceptible ao pegado ou pegado en quente. e mellorou a capacidade de carga da arte.
(4) Películas CrN
As películas de CrN son similares ás películas de TiN porque teñen unha dureza máis alta e as películas de CrN son máis resistentes á oxidación a alta temperatura que o TiN, teñen unha mellor resistencia á corrosión, menor tensión interna que as películas de TiN e unha tenacidade relativamente mellor.Chen Ling et preparou unha película composta TiAlCrN/CrN resistente ao desgaste cunha excelente unión baseada na película na superficie de HSS, e tamén propuxo a teoría de apilado de dislocacións da película multicapa, se a diferenza de enerxía de dislocación entre dúas capas é grande, a dislocación ocorre. nunha capa será difícil cruzar a súa interface na outra capa, formando así a dislocación apilada na interface e desempeñando o papel de reforzar o material.Zhong Bin et estudou o efecto do contido de nitróxeno sobre a estrutura da fase e as propiedades de desgaste por fricción das películas CrNx, e o estudo mostrou que o pico de difracción Cr2N (211) nas películas se debilitaba gradualmente e o pico CrN (220) melloraba gradualmente co aumento. de N2, as partículas grandes na superficie da película diminuíron gradualmente e a superficie tendía a ser plana.Cando a aireación de N2 era de 25 ml/min (a corrente de arco da fonte obxectivo era de 75 A, a película de CrN depositada ten boa calidade superficial, boa dureza e excelente resistencia ao desgaste cando a aireación de N2 é de 25 ml/min (a corrente de arco da fonte obxectivo é de 75 A, negativo). presión é de 100 V).
(5) Película súper dura
A película súper dura é a película sólida cunha dureza superior a 40 GPa, excelente resistencia ao desgaste, resistencia a altas temperaturas e baixo coeficiente de fricción e baixo coeficiente de expansión térmica, principalmente película de diamante amorfo e película CN.As películas de diamante amorfo teñen propiedades amorfas, non teñen unha estrutura ordenada de longo alcance e conteñen un gran número de enlaces tetraédricos CC, polo que tamén se lles chama películas de carbono amorfo tetraédrico.Como unha especie de película de carbono amorfo, o revestimento tipo diamante (DLC) ten moitas propiedades excelentes similares ao diamante, como alta condutividade térmica, alta dureza, alto módulo elástico, baixo coeficiente de expansión térmica, boa estabilidade química, boa resistencia ao desgaste e baixo coeficiente de fricción.Demostrouse que o recubrimento de películas tipo diamante nas superficies das engrenaxes pode prolongar a vida útil nun factor 6 e mellorar significativamente a resistencia á fatiga.As películas CN, tamén coñecidas como películas amorfas de carbono e nitróxeno, teñen unha estrutura cristalina semellante á dos compostos covalentes β-Si3N4 e tamén se coñecen como β-C3N4.Liu e Cohen et al.realizou cálculos teóricos rigorosos utilizando cálculos de bandas pseudopotenciais a partir do principio da primeira natureza, confirmou que β-C3N4 ten unha gran enerxía de unión, unha estrutura mecánica estable, polo menos pode existir un estado subestable e o seu módulo elástico é comparable ao diamante, con boas propiedades, que poden mellorar eficazmente a dureza superficial e a resistencia ao desgaste do material e reducir o coeficiente de fricción.
(6) Outra capa de revestimento de aliaxe resistente ao desgaste
Algúns revestimentos de aliaxe resistentes ao desgaste tamén se intentaron aplicar aos engrenaxes, por exemplo, a deposición da capa de aliaxe Ni-P-Co na superficie do dente das engrenaxes de aceiro 45 # é unha capa de aliaxe para obter unha organización de gran ultrafino. que pode prolongar a vida útil ata 1.144 ~ 1.533 veces.Tamén se estudou que a capa metálica de Cu e o revestimento de aliaxe Ni-W aplícanse na superficie dos dentes das engrenaxes de ferro fundido de aliaxe Cu-Cr-P para mellorar a súa resistencia;O revestimento de aliaxe Ni-W e Ni-Co aplícase na superficie dos dentes da engrenaxe de fundición HT250 para mellorar a resistencia ao desgaste entre 4 e 6 veces en comparación coa engrenaxe sen recubrir.
Hora de publicación: 07-nov-2022