गियर कोटिंग तकनीक

पीवीडी जमाव तकनीक कई वर्षों से एक नई सतह संशोधन तकनीक, विशेष रूप से वैक्यूम आयन कोटिंग तकनीक के रूप में प्रचलित है, जिसने हाल के वर्षों में काफी विकास प्राप्त किया है और अब इसका व्यापक रूप से उपकरण, मोल्ड, पिस्टन रिंग, गियर और अन्य घटकों के उपचार में उपयोग किया जाता है। .वैक्यूम आयन कोटिंग तकनीक द्वारा तैयार किए गए लेपित गियर घर्षण गुणांक को काफी कम कर सकते हैं, एंटी-वियर और कुछ एंटी-जंग में सुधार कर सकते हैं, और गियर सतह को मजबूत करने वाली तकनीक के क्षेत्र में अनुसंधान का फोकस और हॉट स्पॉट बन गए हैं।

गियर के लिए उपयोग की जाने वाली सामान्य सामग्री मुख्य रूप से जाली स्टील, कच्चा स्टील, कच्चा लोहा, अलौह धातु (तांबा, एल्यूमीनियम) और प्लास्टिक हैं।स्टील मुख्य रूप से 45 स्टील, 35SiMn, 40Cr, 40CrNi, 40MnB, 38CrMoAl है।निम्न कार्बन स्टील मुख्य रूप से 20Cr, 20CrMnTi, 20MnB, 20CrMnTo में उपयोग किया जाता है।बेहतर प्रदर्शन के कारण जाली स्टील का उपयोग गियर में अधिक व्यापक रूप से किया जाता है, जबकि कास्ट स्टील का उपयोग आमतौर पर व्यास> 400 मिमी और जटिल संरचना वाले गियर के निर्माण के लिए किया जाता है।कच्चा लोहा गियर विरोधी गोंद और पिटिंग प्रतिरोध, लेकिन प्रभाव और पहनने के प्रतिरोध की कमी, मुख्य रूप से स्थिर काम के लिए, शक्ति कम गति या बड़े आकार और जटिल आकार नहीं है, स्नेहन की कमी की स्थिति में काम कर सकती है, खुले के लिए उपयुक्त है संचरण.आमतौर पर उपयोग की जाने वाली अलौह धातुएँ टिन कांस्य, एल्यूमीनियम-लोहा कांस्य और कास्टिंग एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं, जो आमतौर पर टर्बाइन या गियर के निर्माण में उपयोग की जाती हैं, लेकिन स्लाइडिंग और घर्षण-विरोधी गुण खराब होते हैं, केवल हल्के, मध्यम भार और कम गति के लिए गियर.गैर-धातु सामग्री गियर का उपयोग मुख्य रूप से कुछ क्षेत्रों में विशेष आवश्यकताओं के साथ किया जाता है, जैसे कि तेल मुक्त स्नेहन और उच्च विश्वसनीयता।निम्न प्रदूषण जैसी स्थितियों का क्षेत्र, जैसे घरेलू उपकरण, चिकित्सा उपकरण, खाद्य मशीनरी और कपड़ा मशीनरी।

गियर कोटिंग सामग्री

इंजीनियरिंग सिरेमिक सामग्री उच्च शक्ति और कठोरता, विशेष रूप से उत्कृष्ट गर्मी प्रतिरोध, कम थर्मल चालकता और थर्मल विस्तार, उच्च पहनने के प्रतिरोध और ऑक्सीकरण प्रतिरोध के साथ बेहद आशाजनक सामग्री हैं।बड़ी संख्या में अध्ययनों से पता चला है कि सिरेमिक सामग्री स्वाभाविक रूप से गर्मी प्रतिरोधी होती है और धातुओं पर कम घिसाव करती है।इसलिए, पहनने के लिए प्रतिरोधी भागों के लिए धातु सामग्री के बजाय सिरेमिक सामग्री का उपयोग घर्षण उप के जीवन में सुधार कर सकता है, कुछ उच्च तापमान और उच्च पहनने के लिए प्रतिरोधी सामग्री, बहु-कार्यात्मक और अन्य कठिन आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।वर्तमान में, इंजीनियरिंग सिरेमिक सामग्रियों का उपयोग इंजन के गर्मी-प्रतिरोधी भागों, पहनने वाले हिस्सों में यांत्रिक संचरण, संक्षारण प्रतिरोधी भागों और सीलिंग भागों में रासायनिक उपकरणों के निर्माण में किया गया है, जो तेजी से सिरेमिक सामग्री की संभावनाओं के व्यापक अनुप्रयोग को दर्शाता है।

जर्मनी, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूनाइटेड किंगडम और अन्य विकसित देश इंजीनियरिंग सिरेमिक सामग्रियों के विकास और अनुप्रयोग को बहुत महत्व देते हैं, इंजीनियरिंग सिरेमिक के प्रसंस्करण सिद्धांत और प्रौद्योगिकी को विकसित करने के लिए बहुत सारे धन और जनशक्ति का निवेश करते हैं।जर्मनी ने "एसएफबी442" नामक एक कार्यक्रम शुरू किया है, जिसका उद्देश्य पर्यावरण और मानव शरीर के लिए संभावित हानिकारक चिकनाई माध्यम को बदलने के लिए भागों की सतह पर एक उपयुक्त फिल्म को संश्लेषित करने के लिए पीवीडी तकनीक का उपयोग करना है।जर्मनी में पीडब्लू गोल्ड और अन्य लोगों ने रोलिंग बियरिंग्स की सतह पर पतली फिल्में जमा करने के लिए पीवीडी तकनीक लागू करने के लिए एसएफबी442 से फंडिंग का उपयोग किया और पाया कि रोलिंग बियरिंग्स के पहनने-रोधी प्रदर्शन में काफी सुधार हुआ था और सतह पर जमा फिल्में पूरी तरह से प्रतिस्थापित हो सकती हैं। अत्यधिक दबाव विरोधी पहनने वाले योजक का कार्य।जोआचिम, फ्रांज एट अल।जर्मनी में डब्ल्यूसी/सी फिल्में तैयार करने के लिए पीवीडी तकनीक का उपयोग किया गया, जिसमें ईपी एडिटिव्स वाले स्नेहक की तुलना में उत्कृष्ट थकान-विरोधी गुण प्रदर्शित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कोटिंग्स के साथ हानिकारक एडिटिव्स को बदलने की संभावना पैदा होती है।ई. लुगशाइडर एट अल.डीएफजी (जर्मन अनुसंधान आयोग) से वित्त पोषण के साथ, जर्मनी के आचेन के तकनीकी विश्वविद्यालय के सामग्री विज्ञान संस्थान ने पीवीडी तकनीक का उपयोग करके 100 सीआर 6 स्टील पर उचित फिल्में जमा करने के बाद थकान प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि का प्रदर्शन किया।इसके अलावा, यूनाइटेड स्टेट्स जनरल मोटर्स ने थकान खड़ा करने के प्रतिरोध में सुधार के लिए अपनी वोल्वोS80Turbo प्रकार की कार गियर सतह जमाव फिल्म शुरू कर दी है;प्रसिद्ध टिमकेन कंपनी ने ES200 गियर सरफेस फिल्म नाम से लॉन्च किया है;जर्मनी में पंजीकृत ट्रेडमार्क MAXIT गियर कोटिंग दिखाई दी है;पंजीकृत ट्रेडमार्क ग्राफिट-iC और Dymon-iC क्रमशः पंजीकृत ट्रेडमार्क Graphit-iC और Dymon-iC के साथ गियर कोटिंग्स यूके में भी उपलब्ध हैं।

मैकेनिकल ट्रांसमिशन के एक महत्वपूर्ण स्पेयर पार्ट्स के रूप में, गियर उद्योग में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, इसलिए गियर पर सिरेमिक सामग्री के अनुप्रयोग का अध्ययन करना बहुत महत्वपूर्ण व्यावहारिक महत्व है।वर्तमान में, गियर पर लागू इंजीनियरिंग सिरेमिक मुख्य रूप से निम्नलिखित हैं।

1、TiN कोटिंग परत
1、TiN

आयन कोटिंग TiN सिरेमिक परत उच्च कठोरता, उच्च आसंजन शक्ति, कम घर्षण गुणांक, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध आदि के साथ सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सतह संशोधित कोटिंग्स में से एक है। इसका व्यापक रूप से विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया गया है, विशेष रूप से उपकरण और मोल्ड उद्योग में।गियर पर सिरेमिक कोटिंग के अनुप्रयोग को प्रभावित करने वाला मुख्य कारण सिरेमिक कोटिंग और सब्सट्रेट के बीच संबंध समस्या है।चूंकि गियर की काम करने की स्थिति और प्रभावित करने वाले कारक उपकरण और मोल्ड की तुलना में कहीं अधिक जटिल हैं, इसलिए गियर की सतह के उपचार पर एकल TiN कोटिंग का अनुप्रयोग बहुत सीमित है।यद्यपि सिरेमिक कोटिंग में उच्च कठोरता, कम घर्षण गुणांक और संक्षारण प्रतिरोध के फायदे हैं, यह भंगुर है और मोटी कोटिंग प्राप्त करना मुश्किल है, इसलिए इसकी विशेषताओं को निभाने के लिए कोटिंग का समर्थन करने के लिए इसे उच्च कठोरता और उच्च शक्ति सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है।इसलिए, सिरेमिक कोटिंग का उपयोग ज्यादातर कार्बाइड और हाई-स्पीड स्टील की सतह के लिए किया जाता है।गियर सामग्री सिरेमिक सामग्री की तुलना में नरम है, और सब्सट्रेट और कोटिंग की प्रकृति के बीच अंतर बड़ा है, इसलिए कोटिंग और सब्सट्रेट का संयोजन खराब है, और कोटिंग कोटिंग का समर्थन करने के लिए पर्याप्त नहीं है, जिससे उपयोग की प्रक्रिया में कोटिंग का गिरना आसान है, न केवल सिरेमिक कोटिंग के फायदे नहीं निभा सकते हैं, बल्कि गिरने वाले सिरेमिक कोटिंग कण गियर पर घर्षण घिसाव का कारण बनेंगे, जिससे गियर के घिसाव में तेजी आएगी।वर्तमान समाधान सिरेमिक और सब्सट्रेट के बीच के बंधन को बेहतर बनाने के लिए समग्र सतह उपचार तकनीक का उपयोग करना है।समग्र सतह उपचार तकनीक भौतिक वाष्प जमाव कोटिंग और अन्य सतह उपचार प्रक्रियाओं या कोटिंग्स के संयोजन को संदर्भित करती है, जिसमें समग्र यांत्रिक गुणों को प्राप्त करने के लिए सब्सट्रेट सामग्री की सतह को संशोधित करने के लिए दो अलग-अलग सतहों/उपसतहों का उपयोग किया जाता है, जिन्हें एकल सतह उपचार प्रक्रिया द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। .आयन नाइट्राइडिंग और पीवीडी द्वारा जमा की गई TiN मिश्रित कोटिंग सबसे अधिक शोधित मिश्रित कोटिंग्स में से एक है।प्लाज्मा नाइट्राइडिंग सब्सट्रेट और TiN सिरेमिक मिश्रित कोटिंग में एक मजबूत बंधन होता है और पहनने के प्रतिरोध में काफी सुधार होता है।

उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध और फिल्म बेस बॉन्डिंग के साथ TiN फिल्म परत की इष्टतम मोटाई लगभग 3 ~ 4μm है।यदि फिल्म परत की मोटाई 2μm से कम है, तो पहनने के प्रतिरोध में उल्लेखनीय सुधार नहीं होगा।यदि फिल्म परत की मोटाई 5μm से अधिक है, तो फिल्म बेस बॉन्डिंग कम हो जाएगी।

2、बहु-परत, बहु-घटक TiN कोटिंग

TiN कोटिंग्स के क्रमिक और व्यापक अनुप्रयोग के साथ, TiN कोटिंग्स को सुधारने और बढ़ाने के तरीके पर अधिक से अधिक शोध हो रहे हैं।हाल के वर्षों में, बाइनरी TiN कोटिंग्स के आधार पर बहु-घटक कोटिंग्स और मल्टीलेयर कोटिंग्स विकसित की गई हैं, जैसे Ti-CN, Ti-CNB, Ti-Al-N, Ti-BN, (Tix,Cr1-x)N, TiN /Al2O3, आदि। TiN कोटिंग्स में Al और Si जैसे तत्वों को जोड़कर, उच्च तापमान ऑक्सीकरण के प्रतिरोध और कोटिंग्स की कठोरता में सुधार किया जा सकता है, जबकि B जैसे तत्वों को जोड़ने से कोटिंग्स की कठोरता और आसंजन शक्ति में सुधार हो सकता है।

बहुघटक रचना की जटिलता के कारण इस अध्ययन में कई विवाद हैं।(Tix,Cr1-x)N मल्टीकंपोनेंट कोटिंग्स के अध्ययन में, शोध परिणामों में एक बड़ा विवाद है।कुछ लोगों का मानना ​​है कि (Tix,Cr1-x)N कोटिंग्स TiN पर आधारित हैं, और Cr केवल TiN डॉट मैट्रिक्स में प्रतिस्थापन ठोस समाधान के रूप में मौजूद हो सकता है, लेकिन एक अलग CrN चरण के रूप में नहीं।अन्य अध्ययनों से पता चलता है कि (Tix,Cr1-x)N कोटिंग्स में Ti परमाणुओं को सीधे प्रतिस्थापित करने वाले Cr परमाणुओं की संख्या सीमित है, और शेष Cr एकल अवस्था में मौजूद है या N के साथ यौगिक बनाता है। प्रयोगात्मक परिणाम बताते हैं कि Cr का योग कोटिंग सतह के कणों के आकार को कम करती है और कठोरता को बढ़ाती है, और कोटिंग की कठोरता अपने उच्चतम मूल्य तक पहुंच जाती है जब सीआर का द्रव्यमान प्रतिशत 3l% तक पहुंच जाता है, लेकिन कोटिंग का आंतरिक तनाव भी अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाता है।

3、अन्य कोटिंग परत

आमतौर पर उपयोग की जाने वाली TiN कोटिंग्स के अलावा, गियर सतह को मजबूत करने के लिए कई अलग-अलग इंजीनियरिंग सिरेमिक का उपयोग किया जाता है।

(1)वाई.टेराउची एट अल.जापान ने वाष्प जमाव विधि द्वारा जमा किए गए टाइटेनियम कार्बाइड या टाइटेनियम नाइट्राइड सिरेमिक गियर के घर्षण घर्षण के प्रतिरोध का अध्ययन किया।कोटिंग से पहले लगभग HV720 की सतह कठोरता और 2.4 μm की सतह खुरदरापन प्राप्त करने के लिए गियर को कार्बराइज्ड और पॉलिश किया गया था, और सिरेमिक कोटिंग्स को टाइटेनियम कार्बाइड के लिए रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) और भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) द्वारा तैयार किया गया था। टाइटेनियम नाइट्राइड, लगभग 2 माइक्रोन की सिरेमिक फिल्म मोटाई के साथ।घर्षण घिसाव गुणों की जांच क्रमशः तेल और शुष्क घर्षण की उपस्थिति में की गई।यह पाया गया कि सिरेमिक के साथ कोटिंग के बाद गियर वाइस की गैलिंग प्रतिरोध और खरोंच प्रतिरोध में काफी वृद्धि हुई थी।

(2) रासायनिक रूप से लेपित Ni-P और TiN की समग्र कोटिंग Ni-P को एक संक्रमण परत के रूप में पूर्व-कोटिंग और फिर TiN जमा करके तैयार की गई थी।अध्ययन से पता चलता है कि इस मिश्रित कोटिंग की सतह की कठोरता में कुछ हद तक सुधार हुआ है, और कोटिंग सब्सट्रेट के साथ बेहतर ढंग से जुड़ी हुई है और इसमें बेहतर पहनने का प्रतिरोध है।

(3) डब्ल्यूसी/सी, बी4सी पतली फिल्म
जापान इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग के एम. मुराकावा एट अल ने गियर की सतह पर डब्ल्यूसी/सी पतली फिल्म जमा करने के लिए पीवीडी तकनीक का इस्तेमाल किया, और इसकी सेवा का जीवन सामान्य बुझने वाले और तेल के नीचे ग्राउंड गियर की तुलना में तीन गुना था। मुफ़्त स्नेहन की स्थिति।फ्रांज जे एट अल.FEZ-A और FEZ-C गियर की सतह पर WC/C और B4C पतली फिल्म जमा करने के लिए PVD तकनीक का उपयोग किया गया, और प्रयोग से पता चला कि PVD कोटिंग ने गियर घर्षण को काफी कम कर दिया, जिससे गियर गर्म ग्लूइंग या ग्लूइंग के प्रति कम संवेदनशील हो गया। और गियर की भार वहन क्षमता में सुधार हुआ।

(4) सीआरएन फिल्में
सीआरएन फिल्में टीआईएन फिल्मों के समान हैं, क्योंकि उनमें उच्च कठोरता होती है, और सीआरएन फिल्में टीआईएन की तुलना में उच्च तापमान ऑक्सीकरण के प्रति अधिक प्रतिरोधी होती हैं, बेहतर संक्षारण प्रतिरोध, टीआईएन फिल्मों की तुलना में कम आंतरिक तनाव और अपेक्षाकृत बेहतर कठोरता होती हैं।चेन लिंग एट ने एचएसएस की सतह पर उत्कृष्ट फिल्म-आधारित बॉन्डिंग के साथ पहनने के लिए प्रतिरोधी TiAlCrN/CrN मिश्रित फिल्म तैयार की, और मल्टीलेयर फिल्म के अव्यवस्था स्टैकिंग सिद्धांत का भी प्रस्ताव रखा, यदि दो परतों के बीच अव्यवस्था ऊर्जा का अंतर बड़ा है, तो अव्यवस्था होती है एक परत में इसके इंटरफ़ेस को दूसरी परत में पार करना मुश्किल होगा, इस प्रकार इंटरफ़ेस पर अव्यवस्था स्टैकिंग बनेगी और सामग्री को मजबूत करने की भूमिका निभाएगी।झोंग बिन एट ने सीआरएनएक्स फिल्मों की चरण संरचना और घर्षण घिसाव गुणों पर नाइट्रोजन सामग्री के प्रभाव का अध्ययन किया, और अध्ययन से पता चला कि फिल्मों में सीआर2एन (211) विवर्तन शिखर धीरे-धीरे कमजोर हो गया और सीआरएन (220) शिखर धीरे-धीरे वृद्धि के साथ बढ़ा। N2 सामग्री के कारण, फिल्म की सतह पर बड़े कण धीरे-धीरे कम हो गए और सतह समतल हो गई।जब N2 वातन 25 मिली/मिनट था (लक्ष्य स्रोत चाप धारा 75A था, जमा CrN फिल्म में अच्छी सतह की गुणवत्ता, अच्छी कठोरता और उत्कृष्ट पहनने का प्रतिरोध होता है जब N2 वातन 25ml/मिनट (लक्ष्य स्रोत चाप धारा 75A है, नकारात्मक) दबाव 100V है)।

(5) सुपरहार्ड फिल्म
सुपरहार्ड फिल्म 40GPa से अधिक कठोरता, उत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध और कम घर्षण गुणांक और कम थर्मल विस्तार गुणांक, मुख्य रूप से अनाकार हीरे की फिल्म और सीएन फिल्म के साथ ठोस फिल्म है।अनाकार हीरे की फिल्मों में अनाकार गुण होते हैं, कोई लंबी दूरी की आदेशित संरचना नहीं होती है, और इसमें बड़ी संख्या में सीसी टेट्राहेड्रल बॉन्ड होते हैं, इसलिए उन्हें टेट्राहेड्रल अनाकार कार्बन फिल्में भी कहा जाता है।एक प्रकार की अनाकार कार्बन फिल्म के रूप में, हीरे जैसी कोटिंग (डीएलसी) में हीरे के समान कई उत्कृष्ट गुण होते हैं, जैसे उच्च तापीय चालकता, उच्च कठोरता, उच्च लोचदार मापांक, थर्मल विस्तार का कम गुणांक, अच्छा रासायनिक स्थिरता, अच्छा पहनने का प्रतिरोध और कम घर्षण गुणांक.यह दिखाया गया है कि गियर सतहों पर हीरे जैसी फिल्मों को कोटिंग करने से सेवा जीवन 6 गुना बढ़ सकता है और थकान प्रतिरोध में काफी सुधार हो सकता है।सीएन फिल्में, जिन्हें अनाकार कार्बन-नाइट्रोजन फिल्मों के रूप में भी जाना जाता है, की क्रिस्टल संरचना β-Si3N4 सहसंयोजक यौगिकों के समान होती है और इन्हें β-C3N4 के रूप में भी जाना जाता है।लियू और कोहेन एट अल।प्रथम-प्रकृति सिद्धांत से छद्मसंभावित बैंड गणनाओं का उपयोग करके कठोर सैद्धांतिक गणना की गई, पुष्टि की गई कि β-C3N4 में एक बड़ी बाध्यकारी ऊर्जा, एक स्थिर यांत्रिक संरचना है, कम से कम एक उप-स्थिर स्थिति मौजूद हो सकती है, और इसका लोचदार मापांक हीरे के बराबर है, अच्छे गुणों के साथ, जो सतह की कठोरता और सामग्री के पहनने के प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से सुधार सकता है और घर्षण गुणांक को कम कर सकता है।

(6) अन्य मिश्र धातु पहनने के लिए प्रतिरोधी कोटिंग परत
कुछ मिश्र धातु पहनने-प्रतिरोधी कोटिंग्स को गियर पर लागू करने का भी प्रयास किया गया है, उदाहरण के लिए, 45 # स्टील गियर की दांत की सतह पर नी-पी-सीओ मिश्र धातु परत का जमाव अल्ट्रा-फाइन ग्रेन संगठन प्राप्त करने के लिए एक मिश्र धातु परत है, जो जीवन को 1.144~1.533 गुना तक बढ़ा सकता है।यह भी अध्ययन किया गया है कि Cu धातु की परत और Ni-W मिश्र धातु कोटिंग Cu-Cr-P मिश्र धातु कास्ट आयरन गियर की ताकत में सुधार के लिए दांत की सतह पर लगाई जाती है;अनकोटेड गियर की तुलना में पहनने के प्रतिरोध को 4 ~ 6 गुना बेहतर बनाने के लिए HT250 कास्ट आयरन गियर की दांत की सतह पर Ni-W और Ni-Co मिश्र धातु कोटिंग लगाई जाती है।